ES2221129T3 - Metodo para formar un conector endurecido mecanicamente de componentes modulares. - Google Patents

Abstract

PROCEDIMIENTO PARA FORMAR UN CONECTOR DE COMPONENTES MODULARES ENDURECIDO POR MEDIOS MECANICOS PARA SER UTILIZADO EN CIRUGIA ORTOPEDICA. ESTE PROCEDIMIENTO INCLUYE MECANIZAR UN ELEMENTO QUE FORMA UNA PARTE DEL IMPLANTE ORTOPEDICO EN UNA CONFIGURACION INICIAL QUE TIENE UNA ZONA DE TAMAÑO EXCESIVO. ENDURECIENDO POR PROCEDIMIENTOS MECANICOS UNA PARTE DE LA ZONA DE TAMAÑO EXCESIVO DEL ELEMENTO, SE MECANIZA EL ELEMENTO PARA DARLE UNA CONFIGURACION DE PRECISION FINAL DESPUES DE ENDURECER POR PROCEDIMIENTOS MECANICOS AL MENOS UNA PARTE DE LA ZONA DE TAMAÑO EXCESIVO DEL ELEMENTO.

Description

Método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares.

Esta invención se refiere generalmente a un conector de componentes modulares para unir componentes modulares entre sí (por ejemplo, véase el documento EP 0 634 154) y, más particularmente, a un método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares para uso en cirugía ortopédica, por ejemplo para acoplar entre sí componentes modulares de una prótesis de rodilla, cadera u hombro.

Diversos dispositivos protésicos modulares son conocidos y utilizados actualmente durante cirugías ortopédicas. Estos dispositivos protésicos modulares incluyen prótesis modulares de rodilla, cadera y hombro. Como las prótesis modulares constan de componentes múltiples, diversos mecanismos acopladores son usados para sujetar o acoplar los componentes modulares entre sí.

Uno de los mecanismos acopladores principales y más corrientes empleados consiste en un cono 10 de tipo Morse mostrado en la Figura 1. El cono 10 de tipo Morse es conocido generalmente como un cono de "autosujeción" o "autofijación" porque el ángulo del cono es 2º a 4º generalmente que crea rozamiento considerable para fijar una porción macho 12 dentro de una porción hembra 14.

Sin embargo, debido a los efectos de tolerancia durante la fabricación del cono 10 de tipo Morse, es muy difícil fabricar la porción macho 12 y la porción hembra 14 de modo que la porción macho 12 haga contacto axialmente a lo largo de toda la porción hembra 14. Por consiguiente, en algunos casos la porción macho 12 solo puede hacer contacto con la porción hembra 14 en un punto de contacto en una posición desconocida dentro del cono 10 de tipo Morse, como es mostrado por el número 16 de referencia. Este punto único 16 de contacto se produce porque en algunos casos el ángulo cónico de la porción macho 12 no se acopla con el ángulo cónico de la porción hembra 14. A su vez, este estado puede permitir que ocurra micromovimiento entre los componentes produciendo desgaste en el punto 16 de contacto. Tal desgaste puede conducir finalmente a roturas por tensión a lo largo del punto cargado 16 de contacto que podrían producir el fallo catastrófico del conector.

Además, si la porción macho 12 hace contacto axialmente a lo largo de toda la porción hembra 14, el cono 10 de tipo Morse también plantea otras dificultades. Por ejemplo, donde la porción macho 12 sale de, o hace contacto con, la porción hembra 14 en el punto 17 de referencia, hay generalmente una concentración de tensiones en este punto 17 de salida. Este punto de concentración de tensiones se desplaza por la circunferencia de la porción macho 12 y es una de las áreas con más probabilidad de fallo en el tiempo debido a la concentración de tensiones a lo largo de este área.

Otras conexiones cónicas, tales como las descritas en la Patente de EE.UU. no 4.917.530 de Englehardt y otros, están diseñadas para imposibilitar el contacto entre la pieza cónica macho y el borde periférico que define la boca del taladro en la pieza hembra. Sin embargo, la patente de Englehardt y otros no estudia el problema de tener un solo punto de contacto entre las porciones macho y hembra en una posición que puede variar dentro del taladro, permitiendo de tal modo el micromovimiento. Más bien, la patente de Englehardt y otros supone el contacto axial, o sea, el contacto pleno entre caras de las superficies cónicas adyacentes de la porción macho y el taladro hembra y sólo está interesada en la incidencia en la boca del taladro hembra. Por tanto, la patente de Englehardt y otros no reduce el micromovimiento causado por los efectos de tolerancia práctica ni las roturas por tensión resultantes potenciales asociadas con él. La patente de Englehardt y otros tampoco sugiere ningún modo de incrementar la resistencia en el punto 17 de concentración de tensiones que no sea reducir el contacto entre la pieza macho y el borde periférico de la pieza hembra.

Otros mecanismos de conexión también han utilizado la implantación iónica a lo largo de las piezas de conexión para proporcionar una capa de iones en estas áreas. Sin embargo, la implantación iónica no parece proporcionar ningún incremento apreciable en resistencia porque el espesor superficial de la capa de iones implantada tiene generalmente sólo un espesor de unos pocos micrómetros. Alternativamente, las técnicas de endurecimiento mecánico no han sido consideradas siquiera ni utilizadas debido a los efectos de tolerancia reducida de tales conexiones y a la incapacidad de realizar tal endurecimiento mecánico con tales efectos de tolerancia reducida.

Entonces, lo que se precisa es un conector de componentes modulares para una prótesis modular de rodilla, cadera u hombro o cualquier prótesis de otro tipo que no padezca las desventajas antes mencionadas. A su vez, esto proporcionará un conector de componentes modulares que reduce o elimina sustancialmente el micromovimiento, reduce la posibilidad de roturas por tensión, proporciona contacto positivo a lo largo de al menos dos puntos de contacto separados situados previsiblemente para estabilidad incrementada, proporciona una superficie endurecida mecánicamente al menos a lo largo de un punto de contacto o región de concentración de tensiones para proporcionar un endurecimiento superficial grueso y una conexión más fuerte, y proporciona un conector de componentes modulares rentable y fácilmente fabricable. Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares para uso con dispositivos protésicos modulares.

De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se describe un método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares para uso en cirugía ortopédica. El conector endurecido mecánicamente de componentes modulares proporciona una conexión entre componentes modulares de implantes ortopédicos con resistencias mejoradas a la carga o a esfuerzos cortantes. Esto es conseguido básicamente endureciendo mecánicamente al menos una porción del conector de componentes modulares.

Según la presente invención, se proporciona un método para formar un conector endurecido mecánicamente (120) de componentes modulares para uso en cirugía ortopédica, comprendiendo dicho método los pasos de: mecanizar una primera pieza conectora que forma una porción de un implante ortopédico hasta una configuración inicial que tiene una región sobredimensionada en una región de concentración de tensiones, de una primera dimensión; endurecer mecánicamente al menos una porción de la región sobredimensionada de la primera pieza conectora comprimiendo la región sobredimensionada a una segunda dimensión; y mecanizar sustancialmente toda el área comprimida de la primera pieza conectora hasta una configuración de precisión final.

El uso de la presente invención proporciona un método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares para unir componentes modulares entre sí. Como resultado, han sido reducidas o eliminadas sustancialmente las desventajas antes mencionada asociadas con los métodos y técnicas actualmente disponibles para unir componentes modulares entre sí.

Otras ventajas adicionales de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica después de leer la memoria descriptiva siguiente y por referencia a los dibujos en los que:

la Figura 1 es una vista en corte longitudinal de un cono de tipo Morse de técnica anterior;

la Figura 2 es una vista en perspectiva, en despiece ordenado de un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares según las enseñanzas de una primera realización preferida de la presente invención;

la Figura 3 es una vista ensamblada en corte longitudinal del conector endurecido mecánicamente de componentes modulares mostrado en la Figura 2, tomada a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2;

la Figura 4A es una vista en corte longitudinal de un casquillo según las enseñanzas de una segunda realización preferida de la presente invención;

la Figura 4B es una vista en corte longitudinal de un perno según las enseñanzas de una segunda realización preferida de la presente invención;

la Figura 5A-5C ilustran un método para formar un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares según las enseñanzas de la primera realización preferida de la presente invención;

la Figura 6 es una vista en corte longitudinal de una prótesis modular de rodilla que incluye el conector endurecido mecánicamente de componentes modulares según las enseñanzas de la primera realización preferida de la presente invención;

la Figura 7 es una vista en corte longitudinal, en despiece ordenado de un conector endurecido mecánicamente de componentes modulares según las enseñanzas de una tercera realización preferida de la presente invención; y

las Figuras 8 a 10 ilustran un método para formar el conector endurecido mecánicamente de componentes modulares según las enseñanzas de la tercera realización preferida de la presente invención.

Las descripciones siguientes de las realizaciones preferidas referentes a un conector de componentes modulares para acoplar componentes modulares de una prótesis de rodilla, cadera u hombro o cualquier prótesis de otro tipo para uso en cirugía ortopédica son de naturaleza simplemente ejemplar y no pretenden limitar de ningún modo la invención o su aplicación o sus usos. Además, aunque la presente invención es descrita con detalle a continuación con referencia a acoplar componentes modulares de una prótesis de rodilla, cadera u hombro para uso en cirugía ortopédica, los expertos en la técnica apreciarán que la presente invención no está limitada claramente a solo estos tipos de dispositivos protésicos para cirugía ortopédica y puede ser utilizada con otros varios implantes ortopédicos, así como con cualquier otro tipo de dispositivo que requiera la conexión de diversos componentes modulares.

Refiriéndose a las Figuras 2 y 3, se muestra un conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares según las enseñanzas de una primera realización preferida de la presente invención. El conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares incluye una pieza macho 20, una pieza hembra 22, un casquillo 24, una arandela 26 de empuje y un perno roscado 28. Los componentes del conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares son fabricados preferiblemente de material biocompatible adecuado tal como titanio, acero inoxidable, aleaciones de titanio, aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, etc.

La pieza macho 20, que incluye el casquillo 24, es fabricada preferiblemente de titanio e incluye una primera porción alargada 30 y una segunda porción alargada 32. La primera porción alargada 30 tiene una superficie externa toroidal o bulbosa 34 que posee una superficie de encaje o contacto radial. La superficie externa radial 34 es endurecida mecánicamente por trabajo en frío, descrito más adelante aquí, que incrementa la resistencia a la carga de la construcción final en tanto como el 25%. La segunda porción alargada 32 es concéntrica con, y se extiende axialmente desde, la primera porción alargada 30. La segunda porción alargada 32 incluye una superficie cilíndrica externa 36, que tiene una superficie de encaje o contacto radial, y un taladro interno roscado 38. En el extremo de la segunda porción alargada 32, y concéntrica con ella, está un escalón o muesca 39 de introducción.

La pieza hembra 22 es fabricada preferiblemente de titanio y define un taladro alargado que tiene un primer taladro troncocónico alargado 40 adyacente a, y concéntrico con, un segundo taladro troncocónico inverso alargado 42. El primer taladro alargado 40 incluye una abertura 44 de entrada que disminuye en sección hasta una abertura menor 46 de salida en un ángulo de unos cuatro grados (4º) en total o unos dos grados (2º) por lado. El segundo taladro alargado 42 tiene una abertura 48 de entrada acoplada a la abertura 46 de salida. La abertura 48 de entrada aumenta en sección hasta una abertura mayor 50 de salida en un ángulo de unos veinte grados (20º) en total o unos diez grados (10º) por lado. La conicidad en el primer taladro alargado 40 es opuesta o inversa que la conicidad en el segundo taladro alargado 42. Concéntrico con el primer taladro alargado 40 y con el segundo taladro alargado 42, está un tercer taladro cilíndrico alargado 52 que forma un resalte 54 en la abertura 50 de salida que es una abertura de acceso para el perno roscado 28.

El casquillo 24 consiste preferiblemente en una pieza anular de aleación blanda de titanio comercialmente puro que tiene una pared lateral cilíndrica interna 56 y una pared lateral cónica externa 58. La pared lateral cilíndrica interna 56 está formada para encajar deslizable y radialmente en la superficie cilíndrica externa 36 de la pieza macho 20, mientras que la pared lateral cónica externa 58, que tiene una superficie de encaje o contacto radial, está formada para encajar deslizable y radialmente en el segundo taladro trococónico alargado 42 de la pieza hembra 22. El casquillo 24 es una pieza anular deformable que puede deformarse cuando la pared lateral cilíndrica interna 56 y la pared lateral cónica externa 58 encajan deslizablemente en la pieza macho 20 y la pieza hembra 22, tratado más adelante aquí.

La arandela 26 de empuje es fabricada preferiblemente de aleación de cobalto-cromo-molibdeno e incluye una pared lateral cilíndrica interna 60, una pared lateral cilíndrica externa 62, una primera superficie anular 64 y una segunda superficie anular 66. La pared lateral cilíndrica interna 60 encaja deslizablemente en la superficie cilíndrica externa 36 de la pieza macho 20, mientras que la segunda superficie anular 66 hace contacto con una superficie anular 68 del casquillo 24. La pared lateral cilíndrica externa 62 tiene un diámetro suficiente para permitir que el casquillo 24 encaje deformablemente en la pieza macho 20 y la pieza hembra 22 cuando el casquillo 24 es encajado deslizablemente a lo largo de la superficie cilíndrica externa 36.

El perno roscado 28 es fabricado preferiblemente de titanio e incluye una cabeza 70 y un cuerpo roscado 72 que enrosca en el taladro roscado 38 en la pieza macho 20. La cabeza 70 incluye un entrante hexagonal 74 de apriete u otro entrante de apriete adecuado. La cabeza 70 incluye una cara inferior plana circular 76 que hace contacto con la primera superficie anular 64 de la arandela 26 de empuje.

Volviendo a la Figura 4A, se muestra una segunda realización preferida del casquillo 24'. Con respecto a esto, números de referencia iguales serán usados para identificar estructuras similares que las descritas con respecto a la primera realización preferida del casquillo 24. El casquillo 24', mostrado en la Figura 4A, es para ser usado en lugar de utilizar una arandela 26 de empuje. El casquillo 24' incluye la pared lateral cilíndrica interna 56' y la pared lateral cónica externa 58' como en la primera realización preferida. El casquillo 24' de la segunda realización preferida también incluye un collar anular 78, usado en lugar de la arandela 26 de empuje, que tiene una pared lateral cilíndrica interna 80 y una pared lateral cilíndrica externa 82, siendo cada una concéntrica con la pared lateral cilíndrica interna 56'. El collar 78 también incluye una superficie anular 84 que puede ser puesta en contacto con la cara inferior 76 de la cabeza 70. Proporcionando una pared lateral cilíndrica interna 80 que tiene un diámetro mayor que la pared lateral cilíndrica interna 56' y una pared lateral cilíndrica externa 82 que tiene un diámetro menor que la porción de diámetro máximo de la pared lateral cónica externa 58', el collar 78 no se unirá al encajar de modo radialmente deformable el casquillo 24' en la pieza macho 20 y la pieza hembra 22.

Volviendo a la Figura 4B, se muestra una segunda realización preferida del perno roscado 28'. Con respecto a esto, números de referencia iguales serán usados para identificar estructuras similares que la descrita con respecto a la primera realización preferida del perno roscado 28. Nuevamente aquí, como se muestra en la Figura 4B, el perno roscado 28' está configurado para ser utilizado en lugar de usar una arandela de empuje 26. El perno roscado 28' incluye la cabeza 70', el cuerpo roscado 72' y el entrante hexagonal 74' de apriete. Un collar anular 86 está situado en la cara inferior 76' de la cabeza 70'. El collar anular 86 tiene una pared lateral cilíndrica interna 88 y una pared lateral cilíndrica externa 90 que forman una superficie anular 92 entre ellas. La pared lateral cilíndrica interna 88 tiene un diámetro mayor que la superficie cilíndrica externa 36 mientras que el diámetro de la pared lateral cilíndrica externa 90 es menor que la porción de diámetro máximo de la pared lateral cónica externa 58. Esto permite que la superficie anular 92 haga contacto con la superficie anular 68 del casquillo 24 sin unirse a la pieza macho 20 o a la pieza hembra 22. También debería observarse que la arandela 26 de empuje puede ser eliminada simplemente usando un casquillo 24 dimensionado apropiadamente y la primera realización preferida del perno roscado 28.

Refiriéndose nuevamente a la Figura 3, ahora se describirá la operación de montar el conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares. Primero, ha de comprenderse que el conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares puede ser utilizado con diversos implantes ortopédicos modulares tales como prótesis de rodilla, cadera u hombro, así como con cualquier otro dispositivo que tenga componentes modulares que requieren la unión o el acoplamiento de los componentes modulares. Por ejemplo, la pieza macho 20 puede formar una parte de un vástago para una prótesis modular de cadera, mientras que la pieza hembra 22 puede formar la porción proximal de la prótesis modular de cadera. La pieza macho 20 es insertada primero dentro de la pieza hembra 22 tal que la primera porción alargada 30 encaja radialmente justo en el primer taladro alargado 40, en la superficie externa toroidal o bulbosa 34 endurecida mecánicamente. Este encaje radial crea un primer punto 94 de contacto positivo en una posición conocida sustancialmente predeterminada situada en un extremo del conector 18 de componentes modulares.

Después, el casquillo 24 es pasado a través del tercer taladro cilíndrico 52 y sobre la muesca 39 hasta que la pared lateral cilíndrica interna 56 encaja deslizablemente en la superficie cilíndrica externa 36. Cuando la pared lateral cilíndrica interna 56 encaja en la superficie cilíndrica externa 36, la pared lateral cónica externa 58 encaja deslizable y radialmente en el segundo taladro troncocónico alargado 42 de la pieza hembra 22. Entonces, la arandela 26 de empuje es pasada a través del tercer taladro cilíndrico 52 y es situada encima del casquillo 24 tal que la segunda superficie anular 66 de la arandela 26 de empuje hace contacto con la superficie anular 68 del casquillo 24. Finalmente, el perno roscado 28 es pasado a través del tercer taladro cilíndrico 52 con el cuerpo roscado 72 siendo enroscado dentro del taladro roscado 38 de la pieza macho 20.

Después, la pieza macho 20 puede ser golpeada para asentar completamente la pieza macho 20 dentro de la pieza hembra 22. Al apretar el perno roscado 28, la cara inferior 76 de la cabeza 70 empuja la arandela 26 de empuje al contacto con el casquillo 24, mientras que el casquillo 24 encaja deformablemente alrededor de la superficie cilíndrica externa 36 y radialmente dentro del taladro troncocónico alargado 42. Esto proporciona simultáneamente el primer punto 94 de contacto positivo en una primera posición y un segundo punto 96 de contacto positivo en una segunda posición. El primer punto 94 de contacto positivo establece una superficie de contacto sustancialmente anular o radial en 360º sustancialmente alrededor de la superficie bulbosa 34 endurecida mecánicamente, entre la superficie bulbosa 34 y el primer taladro alargado 40. El segundo punto 96 de contacto positivo establece una superficie de contacto sustancialmente anular o radial en 360º sustancialmente alrededor de donde el casquillo 24 encaja deformablemente tanto en la superficie cilíndrica 36 de la pieza macho 20 como en el segundo taladro troncocónico alargado 42 de la pieza hembra 22.

El primer punto 94 de contacto positivo separado o desplazado con el segundo punto 96 de contacto positivo, situado sustancialmente en cada extremo del conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares, proporciona un conector 18 sustancialmente estable y fuerte que reduce o elimina sustancialmente cualquier micromovimiento. Además, el emplazamiento principal de soporte de carga o el primer punto 94 de contacto positivo incluye la superficie de contacto bulbosa 34 endurecida mecánicamente que incrementa sustancialmente la resistencia a la carga, a lo largo de este punto 94 de contacto, en tanto como el 25%. Todavía más, debería observarse que la pieza macho 20 no hace contacto o encaja con la pieza hembra 22 entre los puntos primero y segundo 94 y 96 de contacto positivo separados ni antes del primer punto 94 de contacto positivo, eliminando de tal modo cualesquier regiones que serían propensas al desgaste y a las roturas por tensión subsiguientes.

El método para formar el conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares será descrito ahora con referencia a las Figuras 3 y 5A-5C. La pieza hembra 22 es formada mecanizando o taladrando el primer taladro alargado 40, el segundo taladro alargado 42 y el tercer taladro alargado 52 usando una herramienta apropiada tal como una máquina taladradora CNC. Una vez que la pieza hembra 22 es formada, el primer paso para formar la pieza macho 20 es suministrar una pieza de titanio cilíndrica de material sin elaborar. Esta pieza de material sin elaborar es insertada en un torno CNC de precisión convencional. Una vez situada dentro del torno, la primera porción alargada 30 y la segunda porción alargada 32 son formadas en una configuración inicial mecanizando o torneando axialmente la pieza cilíndrica de material sin elaborar y moviendo axialmente un elemento cortante de punta única a lo largo del material sin elaborar. La superficie cilíndrica externa 36 es formada ligeramente sobredimensionada y la superficie bulbosa toroidal 34 es formada inicialmente con una joroba semiesférica o bulbosa saliente 98 formada con un radio que varía para producir un espesor desplazado radialmente de entre unos 0,05 mm y unos 0,15 mm y una anchura axial de unos 5 mm centrada alrededor del primer punto 94 de contacto positivo. La superficie cilíndrica externa 36 y la superficie externa bulbosa 34 que tiene la joroba saliente 98 son formadas durante el mismo proceso de mecanizado o corte de modo que las superficies 34 y 36 son sustancialmente concéntricas entre sí.

Una vez que la pieza macho 20 ha sido formada en su configuración inicial como se muestra en la Figura 5A, la superficie externa bulbosa o toroidal 34 es endurecida mecánicamente por trabajo en frío. Específicamente, la joroba saliente 98 es laminada con dos rodillos o ruedas estriadoras 100, que tienen un radio de unos 8,9 cm, en el primer punto 94 de contacto positivo. Esta laminación o trabajo en frío con los rodillos 100 endurece mecánicamente y forma la superficie bulbosa 34 en un espesor endurecido suficiente que incrementa de tal modo la resistencia a la carga a lo largo del primer punto 94 de contacto positivo en tanto como el 25% respecto a una superficie endurecida no mecánicamente. Los expertos en la técnica también comprenderán que otras diversas técnicas de endurecimiento mecánico también podrían ser realizadas en la superficie bulbosa 34, tal como por chorreo con granalla o impacto de precisión a lo largo de esta área. Se ha descubierto que el endurecimiento mecánico es particularmente satisfactorio aquí debido al endurecimiento superficial grueso creado en la superficie bulbosa 34.

El trabajo en frío realizado por los rodillos 100 desplaza material 102 en exceso desde la joroba saliente 98 adyacente a los rodillos 100, y puede deformar la superficie cilíndrica externa 36, como se muestra en la Figura 5B. Para eliminar el material 102 en exceso, la pieza macho 20 es mecanizada o torneada nuevamente en el torno de precisión, eliminando de tal modo el material 102 en exceso y reduciendo la superficie cilíndrica externa 36 sobredimensionada a su tamaño apropiado o configuración de precisión final, así como formando la muesca 39 en el extremo de la superficie cilíndrica externa 36. Si se desea, el material desplazado 102 puede ser eliminado por el torno siguiendo el trayecto 104, mostrado en la Figura 5C, que elimina suficientemente el material 102 en exceso pero no elimina la superficie 34 endurecida mecánicamente que estará situada centralmente alrededor del primer punto 94 de contacto positivo. Finalmente, el taladro roscado 38 es formado dentro del extremo de la pieza macho 20.

Volviendo a la Figura 6, el conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares se muestra incluido en una prótesis modular 106 de rodilla. La prótesis modular 106 de rodilla incluye un componente femoral 108 y un componente tibial 110. El componente tibial 110 incluye la pieza macho 20 dentro una prolongación 112 y la pieza hembra 22 dentro de una base tibial 114. Encima de la base tibial 114, está situada una pieza insertada tibial 116.

Durante la cirugía ortopédica, es seleccionada la prolongación 112 teniendo la longitud apropiada que incluye la pieza macho 20. Una vez seleccionada, la prolongación 112 es acoplada con la base tibial 114 que aloja la pieza hembra 22. Después, el casquillo 24 es encajado deslizablemente en la superficie cilíndrica externa 36, entre la pieza macho 20 y la pieza hembra 22, con la arandela 26 de empuje situada de modo encajable encima del casquillo 24. La pieza insertada tibial 116 es situada encima de la base tibial 114 y el perno roscado 28 es pasado a través de ellas y enroscado dentro del taladro roscado 38 para sujetar los tres componentes modulares. El uso del conector endurecido mecánicamente 18 de componentes modulares también puede ser incluido en implantes ortopédicos de cadera, hombro u otros varios para uso durante la cirugía ortopédica o con cualquier otro dispositivo que requiere el acoplamiento de componentes modulares.

Volviendo ahora a la Figura 7, se muestra en corte longitudinal un conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares según las enseñanzas de una tercera realización preferida de la presente invención. El conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares incluye una pieza macho 122, una pieza hembra 124 y un perno roscado 126 de montaje. Nuevamente aquí, los componentes del conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares son fabricados preferiblemente de material biocompatible adecuado tal como titanio, acero inoxidable, aleaciones de titanio, aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, etc.

La pieza macho 122 es fabricada preferiblemente de titanio e incluye una primera porción cilíndrica 128 y una segunda porción troncocónica 130 teniendo una esquina 132 de transición situada entre ellas. La primera porción cilíndrica 128 tiene una superficie cilíndrica mecanizada externa 134 y la segunda porción troncocónica 130 tiene una superficie troncocónica mecanizada externa 136. La esquina 132 de transición está formada como una esquina ligeramente redondeada donde la porción troncocónica 130 efectúa la transición a la porción cilíndrica 128. La esquina 132 de transición es endurecida mecánicamente por trabajo en frío, tratado más adelante aquí, para incrementar sustancialmente la resistencia a la carga o al esfuerzo cortante en esta área de concentración de tensiones.

La pieza macho 122 incluye además un primer extremo proximal 138 y un segundo extremo distal 140. Generalmente, la longitud "L" de la segunda porción troncocónica 130 entre la esquina 132 de transición y el primer extremo proximal 138 variará entre unos 5 mm y unos 50 mm. El diámetro cilíndrico "d" del primer extremo proximal 138 variará generalmente entre unos 5 mm y unos 30 mm. El ángulo "a" de la porción troncocónica 130 variará generalmente entre unos 0,5º y 5,0º por lado o entre 1,0º y 10,0º en total. El primer extremo proximal 138 también define un taladro interno roscado 144 en el que puede enroscarse el perno roscado 126 de montaje.

La pieza hembra 124 también es fabricada preferiblemente de titanio y define un taladro alargado que pasa a través de ella teniendo un primer taladro troncocónico alargado 146 adyacente a, y concéntrico con, un segundo taladro cilíndrico alargado 148 en el que puede enroscarse el perno roscado 126 de montaje. El primer taladro troncocónico 146 incluye una abertura 150 de entrada que se reduce en sección hasta una abertura terminal o de salida 152 con un ángulo sustancialmente congruente con la porción troncocónica 130 de la pieza macho 122. El segundo taladro alargado también incluye una abertura 154 de entrada y una abertura 156 de salida. El segundo taladro alargado 148 es definido por un primer taladro cilíndrico 158 y un segundo taladro cilíndrico 160 con un resalte anular 162 situado entre ellos. El primer taladro cilíndrico 158 puede recibir la cabeza 164 del perno roscado 126 de montaje y el segundo taladro cilíndrico 160 puede recibir deslizablemente el cuerpo roscado 166 del perno roscado 126 de montaje.

Ahora se describirá la operación de montar el conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares. Primero, debería comprenderse nuevamente que el conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares puede ser utilizado con diversos implantes ortopédicos modulares tal como la prótesis modular 106 de rodilla, como se muestra en la Figura 6, o cualquier otra prótesis o dispositivo teniendo componentes modulares que requieren la unión o el acoplamiento de los componentes modulares. Por ejemplo, nuevamente aquí la pieza macho 122 puede formar una parte de un vástago para una prótesis modular de cadera mientras que la pieza hembra 124 puede formar la porción proximal de la prótesis modular de cadera.

La pieza macho 122 es insertada primero dentro de la pieza hembra 124 tal que la primera porción troncocónica 130 de la pieza macho 122 se acopla o encaja congruentemente en el primer taladro troncocónico 146 definido por la pared lateral interior troncocónica 168. Con la porción troncocónica 130 encajada completamente dentro del taladro 146, la superficie mecanizada externa 136 se fija por rozamiento con la pared lateral interior 168, cuando el primer extremo proximal 138 es situado adyacente al extremo terminal 152 del taladro 146. Después, la pieza macho 122 puede ser golpeada con una herramienta apropiada para asentar completamente la pieza macho 122 dentro de la pieza hembra 124.

Una vez asentada completamente, la esquina 132 de transición es situada hacia dentro desde la abertura 150 de entrada en un punto o región 170 de concentración de tensiones. Entonces, la porción cilíndrica 134 se extiende fuera de la abertura 150 de entrada teniendo un diámetro que es menor que el diámetro de la abertura 150 de entrada, como se muestra claramente en la Figura 7. Después, el perno roscado 126 de montaje es recibido deslizablemente a través del segundo taladro alargado 148 y es enroscado dentro del taladro roscado 144. Con el cuerpo roscado 166 enroscado en el taladro roscado 144, la cabeza 164 del perno roscado 126 de montaje descansa dentro del taladro 158, sobre el resalte anular 162. La cabeza 164 puede ser insertada usando un elemento hexagonal de accionamiento (apriete) u otro mecanismo de accionamiento apropiado. Alternativamente, el perno roscado 126 de montaje también puede ser eliminado puesto que la pieza macho 122 se fija por rozamiento con la pieza hembra 124. Con la esquina 132 de transición siendo endurecida mecánicamente por trabajo en frío, la resistencia a la carga o el esfuerzo cortante de la pieza macho 122, a lo largo del punto 170 de concentración de tensiones, es incrementada en al menos el 25% en comparación con una pieza macho 122 endurecida no mecánicamente.

El método para formar el conector endurecido mecánicamente 120 de componentes modulares será descrito ahora con referencia a las Figuras 8 a 10. Primero, la pieza hembra 124 es formada mecanizando o taladrando el primer taladro alargado troncocónico 146 y el segundo taladro alargado 148 usando una herramienta apropiada tal como una máquina taladradora CNC. Una vez que la pieza hembra 124 es formada, el primer paso en formar la pieza macho 122 es suministrar una pieza cilíndrica de titanio de material sin elaborar. Esta pieza de material sin elaborar es insertada en un torno CNC de precisión convencional. Una vez situada dentro del torno, la primera porción cilíndrica 134 y la segunda porción troncocónica 136 son formadas mecanizando o torneando axialmente la pieza cilíndrica de material sin elaborar y moviendo axialmente un elemento cortante de punta única a lo largo de este material sin elaborar.

La porción troncocónica 136 es torneada ligeramente sobredimensionada en unos 0,15 mm a lo largo de toda la longitud L de la porción troncocónica 136. Además, una joroba bulbosa toroidal 172 también es formada en la esquina 132 de transición. La joroba bulbosa 172 está centrada en la esquina 132 de transición para tener 2,5 mm aproximadamente a cada lado del centro de la esquina 132 de transición, proporcionando un espesor o altura de la joroba bulbosa 172 de unos 0,4 mm, identificada por el número 173 de referencia, y un radio de unos 8,1 mm, identificado por el número 174 de referencia, mostrados claramente en la Figura 8B. Así, el radio 174 produce el espesor desplazado 173 de unos 0,4 mm y una anchura axial de unos 5 mm centrada en la esquina 132 de transición para formar una superficie bulbosa 176. Debería observarse que la porción cilíndrica 128 y la porción troncocónica 130 junto con la superficie externa bulbosa 176 son formadas en una configuración inicial durante el mismo proceso de mecanizado o torneado de modo que cada porción es sustancialmente concéntrica con las otras.

Una vez que la región troncocónica 130 es formada ligeramente sobredimensionada junto con la joroba bulbosa 172, la joroba bulbosa 172 es endurecida mecánicamente por trabajo en frío. El trabajo en frío es realizado por tres (3) rodillos 178 situados en un plato de garras, separados circunferencialmente alrededor de la pieza macho 122. Como se muestra en la Figura 9A, cada rodillo 178 incluye una región aplanadora cilíndrica 180 y una región oblicua o troncocónica 182, siendo cada una sustancialmente congruente con la pieza macho 122, con una esquina 184 de transición situada entre ellas. La joroba bulbosa 172 es reducida en tamaño presionando los tres (3) rodillos 178 contra la joroba bulbosa 172, mientras se hace girar la pieza macho 122, los rodillos 178 hacen contacto rotatoriamente con la pieza macho 122.

El material que forma la joroba bulbosa 172 es desplazado a la esquina 132 de transición, endureciendo mecánicamente de tal modo la región de concentración de tensiones situada en la esquina 132 de transición. El trabajo en frío con los rodillos 178 endurece mecánicamente y forma el área bulbosa 172 para proporcionar un área endurecida mecánicamente suficientemente gruesa, incrementando de tal modo la resistencia a la carga o el esfuerzo cortante, a lo largo de este punto de concentración de tensiones, en al menos el 25% respecto a un dispositivo endurecido no mecánicamente. Nuevamente aquí, debería comprenderse que otras diversas técnicas de endurecimiento mecánico también pueden ser realizadas en esta área.

Después de que el trabajo en frío es realizado por los rodillos 178, en cada extremo de los rodillos 178 son creadas irregularidades superficiales ligeras que pueden deformar las superficies cilíndricas externas 134 y 136, como se muestra en los puntos 186 y 188. Además, la esquina 132 de transición también puede tener irregularidades superficiales debidas al trabajo en frío extenso en esta área que presiona la joroba bulbosa 172 dentro de esta región, identificada por el punto 190. Para proporcionar una configuración de precisión final, las irregularidades superficiales 186, 188 y 190 son mecanizadas o eliminadas usando un elemento cortante 192 de punta única en el torno CNC. El elemento cortante 192 elimina la irregularidad superficial 186, forma la esquina 132 de transición eliminando la irregularidad superficial 190 así como elimina el material sobredimensionado de unos 0,15 mm a lo largo de toda la longitud L de la porción troncocónica 130, eliminando así la irregularidad superficial 188.

Eliminando solo una capa muy delgada de la esquina 132 de transición, la mayor parte del espesor endurecido mecánicamente no es eliminado, incrementando de tal modo la resistencia en la esquina 132 en al menos el 25%. Debería observarse además que la joroba bulbosa 172 puede ser formada en cualquier punto donde hay una concentración de tensiones y endurecida mecánicamente de una manera similar que la expuesta anteriormente para incrementar la resistencia en la región de concentración de tensiones de la junta. Además, toda la porción troncocónica 130 puede ser trabajada en frío para proporcionar resistencia incrementada a lo largo de toda la porción troncocónica 130. Sin embargo, esto requeriría equipo más grande y fuerzas mucho mayores para endurecer mecánicamente esta área ampliada. Con la configuración de precisión final mecanizada, el taladro interno roscado 144 es formado finalmente dentro de la pieza macho 122.

La discusión anterior expone y describe realizaciones simplemente ejemplares de la presente invención. A partir de tal discusión y de los dibujos y reivindicaciones adjuntos, un experto en la técnica reconocerá fácilmente que diversos cambios, modificaciones y variaciones pueden ser efectuados en ella sin apartarse del alcance de la invención, que es definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. Un método para formar un conector endurecido mecánicamente (120) de componentes modulares para uso en cirugía ortopédica, comprendiendo dicho método los pasos de:

mecanizar una primera pieza conectora (122), que forma una porción de un implante ortopédico, hasta una configuración inicial que tiene una región sobredimensionada (172) en una región de concentración de tensiones, de una primera dimensión (173);

endurecer mecánicamente al menos una porción de la región sobredimensionada de la primera pieza conectora (122) comprimiendo la región sobredimensionada a una segunda dimensión; y

mecanizar sustancialmente toda el área comprimida de la primera pieza conectora (122) hasta una configuración de precisión final.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el paso de endurecer mecánicamente la región sobredimensionada de la primera pieza conectora incluye además el paso de formar la región sobredimensionada en una esquina de transición laminando en frío la región sobredimensionada.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el paso de mecanizar la primera pieza conectora hasta una configuración inicial que tiene una región sobredimensionada incluye además el paso de situar al menos una porción de la región sobredimensionada en un punto de concentración de tensiones en la primera pieza conectora.

4. Un método según la reivindicación 3, en el que el paso de mecanizar la primera pieza conectora hasta la configuración inicial que tiene la región sobredimensionada incluye además el paso de mecanizar una joroba bulbosa en el punto de concentración de tensiones.

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el paso de mecanizar la primera pieza conectora hasta una configuración inicial que tiene una región sobredimensionada incluye además el paso de formar una primera porción cilíndrica (128) y una segunda porción troncocónica (130) con una joroba bulbosa (172) situada entre ellas.

6. Un método según la reivindicación 5, en el que el paso de mecanizar la primera porción cilíndrica y la segunda porción troncocónica incluye además el paso de mecanizar la joroba bulbosa en una región de transición entre la primera porción cilíndrica y la segunda porción troncocónica.

7. Un método según la reivindicación 6, en el que el paso de endurecer mecánicamente al menos una porción de la región sobredimensionada incluye además el paso de endurecer mecánicamente la joroba bulbosa formada en la región de transición.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el paso de endurecer mecánicamente al menos una porción de la región sobredimensionada incluye además el paso de trabajar en frío la joroba bulbosa.

9. Un método según la reivindicación 8, en el que el paso de mecanizar la pieza hasta una configuración de precisión final incluye además el paso de mecanizar las irregularidades superficiales cualesquiera creadas trabajando en frío la joroba bulbosa.

10. Un método según la reivindicación 9, en el que el paso de mecanizar la primera pieza conectora hasta una configuración final incluye además el paso de eliminar las irregularidades superficiales cualesquiera creadas laminando en frío la joroba bulbosa, torneando la primera pieza conectora en un torno (192).

11. Un método según cualquier reivindicación precedente, que comprende además el paso de mecanizar una pieza hembra (124) que tiene un taladro capaz de recibir la primera pieza conectora.