Mittel zur Herstellung einer orthopädischen Stützvorrichtung an einem Körperteil
Man hat erkannt, dass man orthopädische Stützvorrichtun- gen, z.B. Formstücke zur Behandlung von Knochenbrüchen oder anderer Leiden, die eine Ruhigstellung von Körperteilen verlangen, von Vorteil aus Kunststoff oder verstärktem Kunststoff herstellt. Die Vorteile solcher Formstücke aus Kunststoff gegenüber denjenigen aus herkömmlichem Material, wie beispielsweise Gips, sind mannigfaltig. Im allgemeinen sind Kunststoff-Formstücke wasserundurchlässig, leicht, zeichnen sich durch ein gutes Verhältnis von Festigkeit/ Gewicht aus und sind vor allem für Röntgenstrahlen durchläs- sig, so dass man nach Anlegen eines Kunststoff-Formstückes noch Röntgenuntersuchungen des gestützten Körperteiles vornehmen kann.
Bis jetzt war jedoch die Verwendung von Kunststoffmaterialien für orthopädische Formstücke begrenzt, da es mit Schwierigkeiten verbunden war, das Kunststoffmaterial an den Körperteil zu applizieren. Man ist bisher so vorgegangen, dass man ein mit Kunststoffmaterial getränk- tes Gewebe oder Tuch auf dem Glied angebracht hat, wobei das Kunststoffmaterial entweder in flüssigem oder halbflüssigem Zustand war.
Eine vorgeschlagene Herstellungsweise für Kunststoff Formstücke an Ort und Stelle ist die Anwendung der Vernetzungstechnik bei Zimmertemperatur, wobei man Polyester-, Acrylsäure-, Epoxy- oder Urethanharzsysteme verwendet, die man durch Hinzufügen oder Vermischen gewisser Katalysatoren oder Copolymersubstanzen katalysiert.
Mit dem katalysierten Harz kann man dann das zu versteifende Gewebe imprägnieren. Jedoch muss das versteifte Gewebe innerhalb weniger Minuten am Körperteil angelegt sein, da die Gelierung rasch eintritt. So praktisch dieses Verfahren auch in manchen Fällen sein mag, verlangt es doch beträchtliche Erfahrung und Zeit zur Dosierung und Mischung der Zutaten, sowie Geschick im Auftragen des klebrigen Harzes auf das zu verstärkende Gewebe. Ebenso ist das Anlegen der nassen Masse auf den Körper zur Bildung des Formstückes schwierig und unbequem. Noch dazu sind viele harzbildende Stoffe in flüssigem Zustand giftig. Deshalb ist ihre Verwendung nicht günstig und zur medizinischen Anwendung tatsächlich völlig unannehmbar.
Ein anderes vorgeschlagenes Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Formstücken sieht die Vorkatalysierung und die Herstellung eines Harzes im sogenannten B -Stadium vor, wobei das Harz in einenZustand gebracht wird, in dem es eine annehmbare Lagerfähigkeit aufweist. Durch Wärmeanwendung kann man dann schliesslich die Reaktion und Polymerisation zu Ende führen. So kann man also ein Textil, welches mit einem trockenen Harz im B -Stadium imprägniert ist, direkt um einen Körperteil wickeln. Jedoch machen die zur Härtung erforderliche Wärme und der Zeitaufwand das Verfahren unannehmbar, ganz besonders bei empfindlichen Patienten.
Zweck der Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen und ein Mittel zur Herstellung einer orthopädischen Stützvorrichtung an einem Körperteil anzugeben, das die Vorteile von Kunststoff-Stützvorrichtungen erbringt und ohne Anwendung von Wärme oder den Erfordernissen der Nassauftragstechniken angelegt wird.
Dies wird bei dem erfindungsgemässen Mittel zur Herstellung einer orthopädischen Stützvorrichtung an einem Körperteil dadurch erreicht, dass es mindestens annähernd trocken ist und einen textilen Träger aufweist, welcher mit einem durch ultraviolette Bestrahlung härtbaren Kunstharzmaterial imprägniert ist.
Man kann mit dem Mittel sowohl einfache orthopädische Formstücke als auch komplizierte orthopädische Stützvorrichtungen, wie beispielsweise Stützkorsetts, herstellen.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Mittels werden nachfolgend näher beschrieben.
Zur Herstellung des Mittels kann man das mittels UV Strahlen härtbare Kunstharzmaterial auf verschiedene Weise auf den textilen Träger auftragen. Man kann den Träger beispielsweise einfach in eine Polymerlösung tauchen und ihn danach trocknen, bevor man ihn auf einen Körperteil bringt.
Anderseits kann man den Träger imprägnieren und ihn in geeigneten Behältern bis zur Verwendung lagern.
Als textiler Träger kann jedes Fasermaterial in Betracht kommen, das sich durch Polymere imprägnieren lässt. In dieser Beziehung soll die Bezeichnung imprägniert einen Zustand beschreiben, wobei das Polymer völlig in den textilen Träger eingedrungen ist und die Fasern oder Fäden praktisch umgibt. Das soll jedoch nicht heissen, dass in jedem Fall eine Absorption des Kunstharzmateiials durch die Fasern oder Fäden selbst auftritt. Der textile Träger kann entweder verwoben oder einverwoben sein, aber er soll möglichst eine lose, gewirkartige Struktur haben, so dass beispielsweise eine Polymerlösung in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern des textilen Trägers dringen kann und nach der Härtung durch UV-Licht-Bestrahlung fest mit dem Träger verbunden ist.
Der textile Träger besteht vorzugsweise aus Baumwolle, einer synthetischen Faser oder aus Fiberglas. Jedoch wird die Wahl des Textiles meist von der speziellen Verwendung abhängen.
Das vorliegende Mittel ist nicht auf die Verwendung eines speziellen, durch UV-Licht härtbaren Kunstharzmaterials beschränkt. Die zu verwendenden Kunstharzmaterialien haben den Vorteil, dass man keinen zusätzlichen chemischen Katalysator benötigt und dass der Beginn der Härtung nicht von einer erhöhten Temperatur abhängt. So kann man beispielsweise jetzt eine Reihe von Substanzen verwenden, die früher zur Herstellung von orthopädischen Stützvorrichtungen ungeeignet waren. Während normalerweise die Verwendung von Härtern und/oder Katalysatoren nicht nötig ist, kann man diese Substanzen jedoch bei bestimmten Zusammensetzungen verwenden, um die Härtung beispielsweise eines Kunstharzes mittels UV-Bestrahlung zu beschleunigen.
Auf jeden Fall bilden alle vorzugsweise zur Anwendung gelangenden, durch UV-Licht härtbaren Kunstharze bei Zimmertemperatur rasch ein starres und/oder hartes, leichtes Material, wobei man eine Wärmeanwendung völlig vermeiden kann und demzufolge ohne hohe, die Körperfunktion störende Temperaturen auskommt.
Für das vorliegende Mittel eignen sich als durch UV-Licht härtbare Kunstharzmaterialien beispielsweise Stoffe, die der photokatalytischen Polymerisation unterliegen, wie beispielsweise ungesättigte Äthylene, die durch Photokatalyse polymerisiert werden können. Bei diesen Stoffen beruht die Primärreaktion auf der Aktivierung der Doppelbindung, worauf alle endständigen Doppelbindungen fortlaufend aktiviert werden. Normalerweise ist die Initialreaktion proportional der Konzentration des Monomers und zur Quadratwurzel der Lichtintensität.
Für das vorliegende Mittel verwendet man vorzugsweise solche Kunstharze, die als Monomer ungesättigte Äthylene enthalten, welche kleine Mengen eines Photoinitiators lösen können, der bei UV-Licht aktiv wird. Die Verwendung von reinen Monomeren, wie beispielsweise Styrol, ist deshalb nicht vorteilhaft, weil sie eine niedere Viskosität, hohe Schrumpfung nach der Polymerisation, widerwärtigen Geruch und ungenügende Festigkeit aufweisen. Aus diesen und anderen Gründen kombiniert man vorzugsweise ein höherpolymeres Kunstharz, wie beispielsweise ein verträgliches Polyesterharz, mit dem Monomer in einer Lösung und man erhält entweder einen festen Stoff oder eine viskose Flüssigkeit.
Geeignete, durch UV-Bestrahlung härtbare Kunstharzmaterialien enthalten beispielsweise einen ungesättigten, nicht katalysierten Polyester vom Nicht-Anilintyp (d.h.
ein Polyester, der im wesentlichen frei von aromatischen Aminobenzolen ist) zusammen mit einem verträglichen Monomer mit endständigen, ungesättigten Äthylengruppen (einschliesslich Vinyl-, Acryl- und Allylgruppen), wie beispielsweise Styrol, Methylmethacrylat und Triallylcyanurat als monomeres Reaktionsmittel. Vorzugsweise verwendet man das Monomer in einer Menge von 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf den Polyester, mit einem Zusatz von 0,002 bis 5 Gewichtsprozent eines Photoinitiators.
Beispielsweise seien als organische Kunstharzmaterialien, die durch UV-Bestrahlung härtbar sind, besonders a) ein Harz erwähnt, das ein Methacrylpolymer gelöst in einem monomeren Methacrylat und einen Photoinitiator enthält und b) ein Harz, das einen ungesättigten Polyester, ungefähr 30 Gewichtsprozent Styrol und ungefähr 1 Gewichtsprozent Benzoeharz enthält.
Als Photoinitiatoren, manchmal auch als Photokatalysatoren bezeichnet, eignen sich für die durch UV-Bestrahlung härtbaren Harzmischungen beispielsweise Benzoeharz, Azo bisisobutyronitril, 2,2-Dihydroxy-4,4'-dimethoxybenzophenon und 2,4-Dihydrodioxybenzophenon. Beispielsweise beeinflusst aber eine Zugabe von nur 0,5% Benzoeharz zum monomeren Styrol die Lagerbeständigkeit nicht wesentlich, wenn man das Gemisch vor Licht geschützt aufbewahrt. Sobald man es jedoch einer gemässigten Intensität des UV Lichtes aussetzt, steigt die Polymerisationsrate um das lOfache im Vergleich zu einem Styrol ohne Zusatz eines Photoinitiators.
Andere verwendbare, durch UV-Licht härtbare Kunstharzmaterialien sind beispielsweise jodoformsensibilisierte, härtbare Colloide nach der US-Patentschrift Nr. 1 587 274, ebenso die metallcarbonylsensibilisierten aliphatischen dienungesättigten, langkettigen Ölsysteme nach der US-Patentschrift Nr. 1 891 203.
Die Materialien, die Jodoform oder andere Bakterizide enthalten, haben den zusätzlichen Vorteil, das imprägnierte Gewebe noch antiseptisch zu machen. Ausser den erwähnten kennt man noch viele andere Polymersysteme, die durch UV-Licht härtbar sind und die sich für das vorliegende Verfahren eignen.
Jedes Licht mit einem genügend hohen Energiequantum oder mit genügend kurzer Wellenlänge kann die Polymerisation direkt einleiten. Aus praktischen Gründen hinsichtlich der verfügbaren Energiequellen und um eine rasche Polymerisation zu bewirken, nachdem das imprägnierte Textil auf einem Körperteil angebracht ist, verwendet man vorzugsweise einen Photoinitiator, der als Absorptionsmittel wirkt und unter Einwirkung von UV-Licht im Bereich von 3600 Ä Radikale in Freiheit setzt. Gebräuchliche Lichtquellen, die Strahlen von 3600 Ä liefern, sind Quecksilberdampflampen, Höhensonnen, Fluoreszenzlampen mit speziellem Phosphorgehalt und Sonnenlicht.
Das Textil, das man mit dem härtbaren Kunstharzmaterial imprägniert, kann die Form eines fortlaufenden Bandes haben oder in Form von kurzen oder langen Streifen vorliegen. Beispielsweise kann das unimprägnierte Textil, vorzugsweise ein Gewebe, 5 cm breit sein, und kann nach der Imprägnierung aufgerollt und aufbewahrt werden, bis man es zum Verbinden eines Körperteiles benötigt. Sobald man ein solches aufgerolltes Mittel für einen Körperteil benötigt, wickelt man den Streifen derart um den Körperteil, dass die Streifen einander überdecken und man pro Tour um ungefähr 2,5 cm fortschreitet. Sobald der Körperteil fertig eingebunden ist, setzt man ihn für kurze Zeit, d. h. 5 bis 30 Minuten lang der Bestrahlung durch UV-Licht aus.
Anderseits wird der Körperteil vorzugsweise vor dem Verbinden mit einem imprägnierten Textil mit einem Trikotgewebe und/oder mit einer Plastikfolie bedeckt. Danach kann man, sobald das Kunstharzmaterial gehärtet ist, das Trikotgewebe entweder an seinem Platz belassen oder aber vorzugsweise aus dem Formstück herausziehen, so dass man ein Formstück frei von jeglichen Materialien erhält, die entweder ständig Feuchtigkeit auf der Haut bewirken und somit Hautinfektionen und/oder Irritationen der Haut hervorrufen. Das Entfernen des Trikotgewebes kann man durch eine Zwischenschicht aus einer Plastikfolie erleichtern, so dass ein Ankleben des Formstückes an dem Trikotgewebe verhindert wird.
In den nachfolgenden Beispielen sind die Teile und Pro zente, sofern nichts anderes angegeben, Gewichtsteile und Gewichtsprozente.
Beispiel 1
Harz A
Man stellte einen starren Mehrzweckpolyester auf folgende Weise her:
Man beschickte einen Alkyd-Kessel, der mit Heizelementen, einem turbinenähnlichen Rührwerk, einer Gas-Sprinkler- öffnung, einem Rückflusskühler und Temperaturmessvorrichtungen ausgestattet war, mit 35,07 Teilen Phthalsäureanhydrid und 41,71 Teilen Propylenglycol. Es wurde dann auf 2300 C erhitzt, bis eine Säurezahl von 15 erreicht war. Sodann fügte man in kleinen Mengen 23,22 Teile Maleinsäureanhydrid hinzu, kühlte auf 2000 C ab und hielt diese Temperatur 4 Stunden lang. Darauf senkte man die Temperatur auf 950 C.
Nun gab man unter kräftigem Rühren zum Kessel- inhalt eine Mischung aus 45,74 Teilen eines Styrolmonomers und 0,13 Teile teriäres p-Butylbrenzkatechin hinzu. Dann löste man noch 1,0 Teil Benzoeharz in obigem Gemisch auf.
Sodann wurde der ganze Kesselinhalt abgekühlt und in einen Metallbehälter abgefüllt.
Beispiel 2
Harz B
Auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 stellte man eine biegsame Polyesterart her, wobei folgende Substanzen verwendet wurden:
Phthalsäureanhydrid 23,65 Teile
Adipinsäure 5,81 Teile
Maleinsäureanhydrid 19,64 Teile
Diäthylenglykol 50,90 Teile Nach abgeschlossener Reaktion kühlte man ab und fügte hinzu:
Tryallylcyanurat-Monomer 46,50 Teile
Hydrochinon 0,04 Teile
Es wurde gut durchgemischt und daraufhin noch 0,5 Teile Azobisisobutyronitril hinzugefügt. Der Kesselinhalt wurde in einen Metallvorratsbehälter umgefüllt.
Beispiel 3
Man kombinierte den Polyester Laminac 4123 (American Cyanamid) mit 1 Gewichtsprozent UV 50 Sunlight , Katalysator von der U.S. Peroxygen und bewahrte das Gemisch in einem dunklen Behälter auf.
Beispiel 4
Man kombinierte den Polyester Plaskon 942 (Allied Chemical Co.) mit 0,5 Gewichtsprozent 2,4-Dihydroxybenzophenon und bewahrte das Gemisch in einem Metallbehälter auf.
Beispiel 5
Man mischte Polyester Polylite 3100 (Reichhold Chemical) mit 0,5 Gewichtsprozent in Styrol gelöstem Benzoeharz und bewahrte die Mischung vor Licht geschützt in einem verschlossenen Behälter auf.
Beispiel 6
Man goss ein nach Beispiel 1 hergestelltes Harz A in eine offene Gussform für Stäbchen zur Zugfestigkeitsuntersuchung, und zwar in einer Höhe von 0,3 cm. Nun liess man das Licht einer Quecksilberdampflampe AH4 von der General Electric aus einer Entfernung von 30 cm auf den flüssigen Inhalt der Gussform einwirken. Der Inhalt der Form verfestigte sich innerhalb von 30 Minuten aufgrund der ultravioletten Bestrahlung. Ein gleicher Test, jedoch ohne UV Bestrahlung, zeigte sogar nach 24 Stunden noch keine Polymerisation.
Man erhielt folgende Festigkeitswerte der Gussproben:
Zugfestigkeit 460 kp/cm2
Biegefestigkeit 1130 kp/cm2
Längung in Prozent 1,5
Beispiel 7
Eine Mischung aus 50% des nach Beispiel 1 hergestellten Harzes A und 50% des nach Beispiel 2 hergestellten Harzes B goss man in Formen für Proben zur Festigkeitsbestimmung und härtete sie durch Bestrahlung mit einer Quecksilberdampflampe. Man erhielt die nachfolgenden Messwerte der Gussproben:
Zugfestigkeit 290 kp/cm2
Biegefestigkeit 560 kp/cm2
Längung in Prozent 6,8
Beispiel 8
180 g eines Streifens aus Fiberglasgewebe mit einem Aufbau 57 x 30 und einer Dicke von 0,014 cm wurde mit Harz A gesättigt und durch Walzen geschickt, um das überschüssige Harz zu entfernen. Das Harzauftragsgewicht betrug 40 Gewichtsprozent.
Man wickelte das imprägnierte Gewebe um eine zusammenlegbare Mandrill und setzte es mit 30 cm Abstand dem Licht einer UA-2 UV-Lampe von 250 Watt der General Electric aus. Nach 20 Minuten entfernte man die Lampe und prüfte das mit Harz imprägnierte Glasgewebe. Man stellte fest, dass es eine starre selbsttragende Struktur erlangt hatte, ohne bemerkenswerte Wärmestörung. Man stelle kein Anhaften fest und nach Entfernen der Mandrill konnte die Röhre trotz ihres eigenen leichten Gewichtes ein beträchtliches Gewicht tragen.
Beispiel 9
125 g eines 5 cm breiten gewobenen Fiberglasstreifens imprägnierte man mit einer Lösung des Harzes aus Beispiel 3 in Aceton. Man schickte das Band durch Walzen und durch ein Heissluftbad, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Harzkkonzentration auf dem Gewebe betrug nun 34 Gewichtsprozent. Das leicht klebrige Band wurde dann um einen zylindrischen Kern gewickelt, wobei man zur Trennung zwischen jede Schicht ein Polyäthylenband legte. Der umwundene Kern wurde dann in einem undurchlässigen Kunststoffsack bei etwa 0 C 2 Monate lang gelagert. Sodann brachte man den Streifen auf Zimmertemperatur und wikkelte ihn spiralförmig um eine biegsame Mandrill.
Durch Bestrahlen mit UV-Licht mit einer Höhensonne aus einer Entfernung von 20 cm erreichte man eine starre Struktur, welche der biegsamen Form angepasst war. Die Prüfung ergab, dass der Kunststoffkörper starr, klebefrei, von leichtem Gewicht und sehr widerstandsfähig war.
Beispiel 10
Eine Rolle von 1,2 bis 2,5 cm Durchmesser und einer Breite von 0,13 cm aus geschmeidigem Nylonschrägband wurde entrollt und fortlaufend durch einen Behälter und über versenkte Rollen geschickt. Der Behälter war mit einer
85prozentigen Harzlösung nach Beispiel 4 in Dimethylketon gefüllt. Über dem Behälter befanden sich Quetschwalzen, welche bei dem durchlaufenden Schrägband überschüssige
Harzlösung entfernten. Man trocknete das Band sodann in einem senkrechten Heissluftturm und rollte es um Kerne, wobei man zur Trennung der einzelnen Schichten einen Sili constreifen einschob.
Die umwundenen Kerne verpackte man in Polyäthylen säcke, bei denen man vor dem Zuschweissen die Luft durch trockenen Stickstoff austauschte. Sodann wurden die Säcke in verriegelte, lichtundurchlässige Behälter gepackt, und man bewahrte die Hälfte unter Kühlung bei ungefähr 20 C, die andere Hälfte bei ungefähr 200 C auf. Man öffnete in Zeitabständen von wenigen Wochen die Behälter und setzte einen Streifen des aufgerollten Bandes ultravioletter Bestrahlung aus, um die Verpackungsstabilität des Systems zu prüfen.
Man stellte fest, dass man bei Lagerung bei Zimmertemperatur für einen Zeitraum von gut 3 Monaten, bei kühler Lagerung sogar für mindestens 9 Monate gute Ergebnisse erzielte.
Beispiel 11
Man imprägnierte verschiedene schräggewebte Baumwollbandagen mit der Harzkombination aus Beispiel 5 auf gleiche Weise wie in Beispiel 10.
Man wählte ein orthopädisches Testobjekt und bereitete den Unterarm derart vor, dass man über ihn eine Trikothülle zog. Darüber brachte man als Kissen einen 1,2 cm dicken, weichen und flexiblen Urethanschaum auf. Sodann bedeckte man den Schaum mit einer 0,5 mm dünnen Polyäthylenfolie.
Sodann wurde der bedeckte Teil des Armes mit der vorher imprägnierten Baumwollbandage umwickelt, um eine Umhüllung von einer ungefähren Dicke von 0,25 cm zu bilden.
Sodann bestrahlte man die Oberfläche des Verbandes mit einer medizinischen W-Lampe aus einer Entfernung von 30 cm. Innerhalb von 30 Minuten war die Oberfläche hart, starr und von sehr leichtem Gewicht. Die Testperson beklagte sich über keinerlei Unannehmlichkeit, weder durch Hitze noch durch Gerüche. Eine Röntgenaufnahme des Armes zeigte, dass durch das Formstück den Röntgenstrahlen keinerlei Widerstand entgegengebracht wurde und man deshalb Röntgenuntersuchungen trotz des angebrachten Formstückes vornehmen kann.
Mit dem vorliegenden Mittel lassen sich orthopädische Stützvorrichtungen herstellen, an denen man beispielsweise Bolzen, Klammern oder andere Befestigungs- oder Haltevorrichtungen, welche verzahnt oder nicht verzahnt sein können, anbringen kann. Diese Befestigungsvorrichtungen kann man zum Ziehen, Heben oder Unterstützen verwenden, wie beispielsweise zum Strecken oder für andere therapeutische Zwecke. Das vorliegende Mittel lässt sich nicht nur für Stützvorrichtungen bei Menschen, sondern auch für tierische Körperteile verwenden.
Die Stützvorrichtungen lassen sich mit den herkömmlichen Einrichtungen, die man bereits zur Entfernung von Gipsformstücken verwendet, wie beispielsweise einer Vibrationssäge, entfernen.