RU194162U9

RU194162U9 - Biocompatible Knee Endoprosthesis

Info

Publication number: RU194162U9
Application number: RU2019111475U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Любовь Евгеньевна Куц
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-12-31
Also published as: RU194162U1

Abstract

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и имплантологии.Технический результат полезной модели заключается в упрочнении и создании микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза коленного сустава в результате блистерингового порообразования, синтеза на сформированной микропористой поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки и придания антимикробных свойств за счет ее ионно-лучевого модифицирования ионами серебра (Ag).Эндопротез коленного сустава с биосовместимым покрытием, содержащий бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания, отличающийся тем, что на поверхности внутрикостных частей фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента выполнен микропористый слой, полученный в результате предварительного блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки поверхности пучком ионов гелия (Не) с последующим синтезом на сформированной микропористой поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, полученной в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО) пучком ионов аргона (Ar), модифицированной ионами серебра (Ag) в процессе ионно-лучевой обработки. 2 фиг.The utility model relates to medicine, namely to traumatology, orthopedics and implantology. The technical result of the utility model consists in hardening and creating a microporous surface of the intraosseous parts of the knee endoprosthesis as a result of blistering pore formation, synthesis of carbon diamond-like non-porous film on the microporous surface and imparting antimicrobial properties due to its ion-beam modification with silver (Ag) ions. Knee endoprosthesis with biocompatible coating m, containing the femoral component, made in the form of a slide from two parallel, interconnected arcs, having on the inner side a supporting plane for the distal sawdust of the femur, the tibial component made in the form of a base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners are fixed , support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which there are recesses, mated along a cylindrical surface with arches of the sled of the femoral component, and with The arcuate and guide grooves are made on the right side of the platform, in which the limiter and the support pin are installed, the slide of the arches of the femoral component and the recesses associated with them are made in the form of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5 -13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the distal sawdust of the femur and drawn through the corresponding line of touch, characterized in that on the surface of the the microporous layer obtained as a result of preliminary blistering pore formation during ion-beam surface treatment with a beam of helium (He) ions with subsequent synthesis on the formed microporous surface of a carbon diamond-like non-porous film obtained in the process ion beam treatment in a vacuum environment of carbon dioxide (CO) with an argon ion beam (Ar) modified with silver ions (Ag) in the process of ion beam processing. 2 of FIG.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и имплантологии. The utility model relates to medicine, namely to traumatology, orthopedics and implantology.

Замена коленного сустава на эндопротез (артропластика) является распространенной ортопедической операцией, количество которых прогрессивно возрастает. Процент осложнений и неудовлетворительных результатов эндопротезирования коленного сустава достаточно велик и составляет 3,3-13,2%. Увеличить эффективность операций по артропластике возможно путем повышения уровня биосовместимости эндопротезов при использовании новых материалов и покрытий, а также путем разработки новых, высокотехнологичных конструкций эндопротезов. Replacing the knee with an endoprosthesis (arthroplasty) is a common orthopedic operation, the number of which is progressively increasing. The percentage of complications and unsatisfactory results of knee arthroplasty is quite high and amounts to 3.3-13.2%. It is possible to increase the efficiency of arthroplasty operations by increasing the biocompatibility of endoprostheses using new materials and coatings, as well as by developing new, high-tech designs of endoprostheses.

Биосовместимые покрытия, наносимые на внутрикостные части эндопротезов, должны обладать высокой суммарной открытой пористостью, что необходимо для эффективного прорастания клеток костной ткани и прочного остеоинтеграционного закрепления имплантируемых конструкций в организме. Однако высокая открытая пористость покрытий характеризуется пониженной механической прочностью, что является сильным ограничением в разработке высокопористых имплантационных систем. Biocompatible coatings applied to the intraosseous parts of endoprostheses should have a high total open porosity, which is necessary for the effective germination of bone tissue cells and a strong osseointegration fixation of implanted structures in the body. However, the high open porosity of the coatings is characterized by reduced mechanical strength, which is a strong limitation in the development of highly porous implant systems.

При действии агрессивной биологической среды в виду отсутствия физико-механических условий, обеспечивающих эффективное интеграционное (на микро- и наноуровне) взаимодействие поверхности эндопротеза с прилегающими костными структурами, происходят процессы воспаления прилегающих тканей и отторжения установленных конструкций. Поэтому проблема повышения эффективности использования эндопротезов для остеосинтеза является весьма актуальной и может быть решена за счет придания поверхности, снабженной биосовместимым покрытием, антимикробных свойств. Under the action of an aggressive biological environment, in view of the absence of physical and mechanical conditions that ensure effective integration (at the micro and nanoscale), the interaction of the endoprosthesis surface with adjacent bone structures, inflammation of adjacent tissues and rejection of established structures occur. Therefore, the problem of increasing the efficiency of using endoprostheses for osteosynthesis is very relevant and can be solved by giving the surface equipped with a biocompatible coating antimicrobial properties.

Известна конструкция тотального эндопротеза коленного сустава [Патент ЕР №0636353 А1, опубл. 01.02.1995]. Устройство содержит бедренный компонент в виде дугообразных салазок, имеющих форму анатомической поверхности мыщелков бедра, большеберцовый компонент с основанием, опирающимся на ножку с ребрами жесткости, опорный стержневой штырь. Между бедренным и большеберцовым компонентами расположена полиэтиленовая платформа, которая имеет со стороны бедренного компонента выемки по форме усеченных сфер под салазки бедренного компонента, а на другой стороне платформы выполнен продолговатый паз под опорный штырь. Устройство обеспечивает полный объем движений в суставе.Known design of a total knee joint endoprosthesis [Patent EP No. 0636353 A1, publ. 02/01/1995]. The device contains a femoral component in the form of arcuate sleds having the shape of the anatomical surface of the femoral condyles, a tibial component with a base resting on a leg with stiffeners, and a support rod pin. A polyethylene platform is located between the femoral and tibial components, which has recesses in the form of truncated spheres for the slide of the femoral component on the side of the femoral component, and an elongated groove for the support pin is made on the other side of the platform. The device provides a full range of motion in the joint.

Недостатком данной конструкции является отсутствие на поверхности внутрикостных частей эндопротеза микропористого слоя с биосовместимым покрытием, обладающего антимикробными свойствами и высокой механической прочностью.The disadvantage of this design is the absence on the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis of a microporous layer with a biocompatible coating with antimicrobial properties and high mechanical strength.

Известна конструкция эндопротеза коленного сустава, содержащая бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь [Патент РФ №2145821, МПК А 61 F 2/38, опубл. 27.02.2000].Known design of the knee joint prosthesis containing the femoral component, made in the form of a slide from two parallel, interconnected arcs, having on the inside a supporting plane for the distal sawdust of the femur, the tibial component made in the form of a base, from which the limiter is fixed from the opposite sides and a foot with stiffeners, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which recesses are made, mated along a cylindrical surface spine arcs with the slide of the femoral component, on the other hand are made in the platform and arcuate guide grooves, which are mounted respectively limiter and the support pin [RF patent №2145821, IPC A 61 F 2/38, publ. 02/27/2000].

Недостатком данной конструкции является отсутствие на поверхности внутрикостных частей эндопротеза микропористого слоя с биосовместимым покрытием, обладающего антимикробными свойствами и высокой механической прочностью. The disadvantage of this design is the absence on the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis of a microporous layer with a biocompatible coating with antimicrobial properties and high mechanical strength.

Наиболее близким к технической сущности предлагаемой полезной модели является конструкция эндопротеза коленного сустава, которая содержит бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания [Патент РФ №2271175, МПК А 61 F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006].Closest to the technical essence of the proposed utility model is the design of the knee joint endoprosthesis, which contains a femoral component made in the form of a sled of two parallel, fastened together arcs with a supporting plane on the inner side for the distal femoral sawdust, a tibial component made in the form the base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene are fixed, on on the other side of which recesses are made, mating along the cylindrical surface with the arcs of the sill of the femoral component, and on the other hand, in the platform there are arcuate and guide grooves, in which a limiter and support pin are installed, respectively, the sled of the arches of the femoral component and the recesses associated with them in the platform are made according to the shape of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the dist the sawdust of the femur and drawn through the corresponding line of touch [RF Patent No. 2271175, IPC A 61 F 2/38 (2006.01), publ. 03/10/2006].

Недостатком данной конструкции является отсутствие на поверхности внутрикостных частей эндопротеза, а именно фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента, микропористого слоя с биосовместимым покрытием, обладающего антимикробными свойствами и высокой механической прочностью. The disadvantage of this design is the absence on the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis, namely the fixators of the femoral component and the legs with stiffeners of the tibial component, a microporous layer with a biocompatible coating, which has antimicrobial properties and high mechanical strength.

Задачей полезной модели является создание эндопротеза коленного сустава с механически высокопрочным биосовместимым микропористым слоем на внутрикостных частях конструкции, а именно на поверхности фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента, обладающим антимикробными свойствами. The objective of the utility model is to create a knee joint prosthesis with a mechanically high-strength biocompatible microporous layer on the intraosseous parts of the structure, namely on the surface of the femoral component fixators and legs with stiffening ribs of the tibial component, which has antimicrobial properties.

Технический результат полезной модели заключается в упрочнении и создании микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза коленного сустава в результате блистерингового порообразования, синтеза на сформированной микропористой поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки и придания антимикробных свойств за счет ее ионно-лучевого модифицирования ионами серебра (Ag⁺). The technical result of the utility model consists in hardening and creating a microporous surface of the intraosseous parts of the knee endoprosthesis as a result of blistering pore formation, synthesis on the formed microporous surface of a carbon diamond-like non-porous film and imparting antimicrobial properties due to its ion-beam modification with silver ions (Ag ⁺ ).

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом эндопротезе коленного сустава с биосовместимым покрытием, содержащим бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания, согласно новому техническому решению, на поверхности внутрикостных частей эндопротеза, а именно фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента имеется микропористый слой, полученный в результате предварительного блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки поверхности пучком ионов гелия (He⁺) с последующим синтезом на сформированной микропористой поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, полученной в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО₂) пучком ионов аргона (Ar⁺), модифицированной ионами серебра (Ag⁺) в процессе ионно-лучевой обработки. The problem is solved due to the fact that in the proposed knee joint implant with a biocompatible coating containing the femoral component, made in the form of a slide from two parallel, fastened together arcs having on the inner side a supporting plane for the distal sawdust of the femur, the tibial component made in the form of a base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners are fixed, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side on which the recesses are made, conjugated along the cylindrical surface with the arches of the slides of the femoral component, and on the other hand, the arcuate and guide grooves are made in the platform, in which the limiter and the support pin are installed, the slides of the arches of the femoral component and the recesses associated with them in the platform are shaped cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the distal a saw of the femur and drawn through the corresponding line of touch, according to a new technical solution, on the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis, namely the fixators of the femoral component and the leg with stiffeners of the tibial component, there is a microporous layer obtained as a result of preliminary blistering pore formation during ion-beam surface treatment a beam of helium ions (He ⁺ ) followed by synthesis on a formed microporous surface of a carbon diamond-like non-porous film obtained during ion-beam treatment in a vacuum environment of carbon dioxide (CO ₂ ) with an argon ion beam (Ar ⁺ ), modified with silver ions (Ag ⁺ ) in the process of ion-beam processing.

Изготовление предлагаемого эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием может осуществляться путем литья, обработки давлением, механического формообразования (токарного, фрезерного), ионно-лучевой обработки (получение микропористой поверхности в результате блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки пучком ионов гелия (He⁺) и синтеза на сформированной микропористой поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, полученной в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО₂) пучком ионов аргона (Ar⁺), модифицированной ионами серебра (Ag⁺) в процессе ионно-лучевой обработки). Материалами для изготовления эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием могут служить титан, тантал, цирконий и их сплавы.The manufacture of the proposed knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating can be carried out by casting, pressure treatment, mechanical shaping (turning, milling), ion beam processing (obtaining a microporous surface as a result of blistering pore formation during ion beam treatment with a beam of helium ions (He ⁺ ) and synthesis on the formed microporous surface of a carbon diamond-like non-porous film obtained in the process of ion-beam processing in a vacuum environment of carbon dioxide of gas (CO _2), a beam of argon ions (Ar ^+), modified with silver ions (Ag ⁺⁾ in the process of ion-beam treatment). Materials for the manufacture of a knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating can be titanium, tantalum, zirconium and their alloys.

Полезная модель поясняется чертежом - фиг.1 и 3D моделью - фиг.2. На фиг.1 приведена предлагаемая конструкция эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием, включающая бедренный компонент 1, имеющий форму салазок 2 из двух скрепленных между собой параллельных дуг 3. Наружная поверхность дуг 3 салазок 2 и сопряженные с ними выемки 4 в платформе 5, имеющие форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости 6. С внутренней стороны салазок 2 бедренного компонента 1 имеется опорная плоскость 7, предназначенная для опоры дистального опила бедренной кости. Каждая из касательных плоскостей 6 (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° (Патент РФ №2271175, МПК А 61 F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006) к соответствующей плоскости 8, параллельной опорной плоскости 7 дистального опила бедренной кости. Платформа 5 выполнена из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеет опорный штырь 13. Большеберцовый компонент 9 содержит основание 10, опирающееся на ножку 11 с ребрами жесткости 12. Бедренный компонент 1 имеет фиксаторы 14, для установки опила бедренной кости. На ножке 11 большеберцового компонента и фиксаторах 14 имеется микропористый слой 15 (фиг.2), полученный в результате предварительного блистерингового порообразования и углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 (фиг.2) на сформированной микропористой поверхности 15 (фиг.2), модифицированная ионами серебра (Ag⁺) 17 (фиг.2).The utility model is illustrated by the drawing - figure 1 and 3D model - figure 2. Figure 1 shows the proposed design of the knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating, including the femoral component 1, in the form of a sled 2 from two parallel arches 3. The outer surface of the arches 3 of the sled 2 and the associated recesses 4 in the platform 5, having the form cylindrical surfaces passing into the corresponding tangent plane 6. On the inner side of the slide 2 of the femoral component 1 there is a supporting plane 7, designed to support the distal sawdust of the femur. Each of the tangent planes 6 (to the cylindrical surface of the slide and the recesses in the platform, respectively) is located at an angle α equal to 5-13 ° (RF Patent No. 2271175, IPC A 61 F 2/38 (2006.01), publ. 10.03.2006) to the corresponding plane 8, parallel to the reference plane 7 of the distal sawdust of the femur. The platform 5 is made of ultra-high molecular weight polyethylene and has a support pin 13. The tibial component 9 contains a base 10 that rests on the leg 11 with stiffening ribs 12. The femoral component 1 has clamps 14 for installing the sawdust of the femur. On the leg 11 of the tibial component and the retainers 14 there is a microporous layer 15 (Fig. 2) obtained by preliminary blistering pore formation and a carbon diamond-like non-porous film 16 (Fig. 2) on the formed microporous surface 15 (Fig. 2), modified with silver ions ( Ag ⁺ ) 17 (FIG. 2).

Углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 имеет повышенные показатели механической прочности и толщину 10-25 нм, которая обусловлена технологическими режимами синтеза в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО₂) пучком ионов аргона (Ar⁺). При этом, углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 воспроизводит рельеф поверхности микропористого слоя 15, не снижая его общую суммарную открытую микропористость и остеоинтеграционную способность. Carbon diamond-like non-porous film 16 has increased mechanical strength and a thickness of 10-25 nm, which is due to the technological modes of synthesis in the process of ion-beam treatment in a vacuum environment of carbon dioxide (CO ₂ ) with an argon ion beam (Ar ⁺ ). In this case, the carbon diamond-like non-porous film 16 reproduces the surface topography of the microporous layer 15, without reducing its total total open microporosity and osseointegration ability.

Исследования показали, что оптимальными дозами ионов гелия, необходимыми для процесса порообразования при ионной имплантации, являются Ф=6·10¹⁷-6·10¹⁸ион/см² с энергией E=100-200 кэВ, так как при дозах ионов гелия менее 6·10¹⁷ион/см² и более 6·10¹⁸ион/см² не происходит формирование микропористого слоя 15 с размером пор d =100-250 мкм, плотностью N~10¹⁶-10¹⁷ см^-3. Суммарная открытая микропористость, превышающая 50%, приводит к существенному снижению механической прочности микропористого слоя, который способен к разрушению при функциональных нагрузках на эндопротез. Поэтому для упрочнения микропористого слоя 15 на его поверхности имеется углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 с повышенными показателями твердости. Углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 обладает антимикробными свойствами за счет модифицирования ее ионами серебра (Ag⁺) 17 в процессе ионно-лучевой обработки, что подтверждается экспериментально полученными результатами исследования, которые показали, что оптимальными дозами ионов серебра, необходимыми для придания покрытию антимикробных свойств, являются 1,2⋅10¹⁶-1,8⋅10¹⁶ ион/см² с ускоряющим напряжением 50 кВ. При дозах ионов серебра менее 1,2⋅10¹⁶ ион/см² и более 1,8⋅10¹⁶ ион/см² не проявляются антимикробные свойства. Антимикробные свойства обусловлены комплексом терапевтических свойств, присущих серебросодержащим покрытиям и препаратам серебра: широким антибактериальным спектром в отношении патогенной флоры, в том числе устойчивой к антибиотикам; сложностью вырабатывания у патогенных микроорганизмов защитных механизмов к действию ионов серебра; хорошо выраженным ранозаживляющим действием. Studies have shown that the optimal doses of helium ions necessary for the pore formation process during ion implantation are Ф = 6 · 10 ¹⁷ -6 · 10 ¹⁸ ion / cm ² with an energy of E = 100-200 keV, since at doses of helium ions less than 6 · 10 ¹⁷ ion / cm ² and more than 6 · 10 ¹⁸ ion / cm ² there is no formation of a microporous layer 15 with a pore size d = 100-250 μm, density N ~ 10 ¹⁶ -10 ¹⁷ cm ^-3 . The total open microporosity in excess of 50% leads to a significant decrease in the mechanical strength of the microporous layer, which is capable of destruction under functional loads on the endoprosthesis. Therefore, to harden the microporous layer 15 on its surface there is a carbon diamond-like non-porous film 16 with increased hardness. Carbon diamond-like non-porous film 16 has antimicrobial properties due to its modification by silver ions (Ag ⁺ ) 17 during ion beam processing, which is confirmed by experimentally obtained research results, which showed that the optimal doses of silver ions necessary to impart antimicrobial properties to the coating are 1.2⋅10 ¹⁶ -1.8⋅10 ¹⁶ ion / cm ² with an accelerating voltage of 50 kV. At doses of silver ions less than 1.2⋅10 ¹⁶ ion / cm ² and more than 1.8⋅10 ¹⁶ ion / cm ^2, antimicrobial properties are not manifested. Antimicrobial properties are due to the complex of therapeutic properties inherent in silver-containing coatings and silver preparations: a wide antibacterial spectrum in relation to pathogenic flora, including antibiotic resistant; the complexity of the development of pathogenic microorganisms protective mechanisms to the action of silver ions; well-defined wound healing effect.

Для установки предлагаемого эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием бедренную кость опиливают по форме бедренного компонента 1 эндопротеза. В подготовленном опиле бедренной кости высверливают два отверстия для установки бедренного компонента 1 диаметром, равным диаметру фиксаторов 14. Бедренный компонент 1, имеющий форму салазок 2 из двух скрепленных между собой параллельных дуг 3, с внутренней стороны имеющий опорную плоскость 7, устанавливают на опил бедренной кости таким образом, чтобы фиксаторы 14 совпали с подготовленными отверстиями. Суставной конец большой берцовой кости отпиливается и в нем с помощью специальных инструментов рассверливают костномозговой канал большой берцовой кости под установку большеберцового компонента 9, который содержит основание 10, опирающееся на ножку 11 с ребрами жесткости 12. Ножку 11 большеберцового компонента эндопротеза забивают в подготовленное отверстие. На основание 10 устанавливают платформу 5 выполненную из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеющую опорный штырь 13. Опорный штырь 13 совмещают с бедренным компонентом 1, так что наружная поверхность дуг 3 салазок 2 и сопряженные с ними выемки 4 в платформе 5, имеющих форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости 6 совпадают. Каждая из касательных плоскостей 6 (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° к соответствующей плоскости 8, параллельной опорной плоскости 7 дистального опила бедренной кости.To install the proposed knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating, the femur is filed in the form of the femoral component 1 of the endoprosthesis. In the prepared femur sawdust, two holes are drilled to install the femoral component 1 with a diameter equal to the diameter of the retainers 14. The femoral component 1, having the form of a slide 2 of two parallel arches 3 fastened together, having a supporting plane 7 on the inside, is mounted on the femur sawdust so that the latches 14 coincide with the prepared holes. The articular end of the tibia is sawn off and the bone marrow canal of the tibia is drilled using special tools for installing the tibial component 9, which contains the base 10, resting on the leg 11 with stiffeners 12. The leg 11 of the tibial component of the endoprosthesis is hammered into the prepared hole. On the base 10, a platform 5 is installed made of ultra-high molecular weight polyethylene and having a support pin 13. The support pin 13 is aligned with the femoral component 1, so that the outer surface of the arches 3 of the slide 2 and the associated recesses 4 in the platform 5, having the form of cylindrical surfaces that transform into the corresponding tangent planes 6 coincide. Each of the tangent planes 6 (to the cylindrical surface of the slide and recesses in the platform, respectively) is located at an angle α equal to 5-13 ° to the corresponding plane 8 parallel to the reference plane 7 of the distal femur sawdust.

В процессе приживления эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием клетки окружающих его биоструктур проникают в открытые поры микропористого слоя 15. За счет этого происходит углубленное прорастание прилегающих клеточных структур в поверхность ножки 11 большеберцового компонента 9 и фиксаторов 14 бедренного компонента 1, повышается остеоинтеграционная способность поверхности и прочность биомеханической связи эндопротеза с костью. Микропористый слой 15, обеспечивающий интеграционное взаимодействие с костной тканью, имеет углеродную алмазоподобную беспористую пленку 16, которая обеспечивает повышенную механическую прочность, в частности твердость, остеоинтеграционную способность поверхности внутрикостных частей ножки 11 и фиксаторов 14 и создает необходимые биотехнические условия для эффективной работы эндопротеза при действии функциональных нагрузок. Углеродная алмазоподобная беспористая пленка 16 модифицирована ионами серебра (Ag⁺) 17, которые проявляют антимикробные свойства, что способствует быстрой и надежной остеоинтеграции имплантата с биологическими тканями за счет наименьшего процента их отторжения.In the process of engraftment of the knee joint prosthesis with a biocompatible coating, the cells of the surrounding biostructures penetrate into the open pores of the microporous layer 15. Due to this, the adjacent cell structures penetrate deeply into the surface of the leg 11 of the tibial component 9 and fixators 14 of the femoral component 1, and the osseointegration ability of the surface and strength are increased biomechanical connection of the endoprosthesis with the bone. The microporous layer 15, which provides integration interaction with bone tissue, has a carbon diamond-like non-porous film 16, which provides increased mechanical strength, in particular hardness, osseointegration ability of the surface of the intraosseous parts of the leg 11 and fixatives 14 and creates the necessary biotechnological conditions for the effective operation of the endoprosthesis under the action of functional loads. Carbon diamond-like non-porous film 16 is modified with silver ions (Ag ⁺ ) 17, which exhibit antimicrobial properties, which contributes to the rapid and reliable osseointegration of the implant with biological tissues due to the lowest percentage of rejection.

Поверхности внутрикостных частей предлагаемой конструкции эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием обладают повышенными показателями твердости и остеоинтеграционной способности за счет сформированной на их поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, что подтверждается полученными экспериментальными результатами измерения твердости поверхности изготовленных эндопротезов, значения которой составляют 0,48-0,53 ГПа, что значительно приближено к твердости костной ткани (0,5-0,6 ГПа). The surfaces of the intraosseous parts of the proposed design of the knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating have increased hardness and osseointegration ability due to the carbon diamond-like non-porous film formed on their surface, which is confirmed by the obtained experimental results of measuring the surface hardness of manufactured endoprostheses, the values of which are 0.48-0.53 GPa, which is much closer to bone hardness (0.5-0.6 GPa).

Таким образом, предложенная конструкция эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием создает наилучшие условия для эффективного интеграционного взаимодействия поверхности внутрикостных частей бедренного и большеберцового компонентов с костной тканью и функционирования эндопротеза в организме при длительном действии знакопеременных механических нагрузок благодаря синтезу на поверхности микропористого слоя углеродной алмазоподобной беспористой пленки. Данная углеродная алмазоподобная беспористая пленка обладает повышенной биосовместимостью и обеспечивает повышенную механическую прочность поверхности внутрикостных частей конструкции эндопротеза. Кроме того, за счет модифицирования углеродной алмазоподобной беспористой пленки ионами серебра (Ag⁺) поверхность внутрикостных частей эндопротеза обладает выраженными антимикробными свойствами. Thus, the proposed design of a knee joint endoprosthesis with a biocompatible coating creates the best conditions for effective integration of the surface of the intraosseous parts of the femoral and tibial components with bone tissue and the functioning of the endoprosthesis in the body under prolonged exposure to alternating mechanical loads due to the synthesis of a carbon diamond-like non-porous film on the surface of the microporous layer. This carbon diamond-like non-porous film has increased biocompatibility and provides increased mechanical strength of the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis structure. In addition, due to the modification of the carbon diamond-like pore-free film by silver ions (Ag ⁺ ), the surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis has pronounced antimicrobial properties.

Claims

An endoprosthesis of the knee joint with a biocompatible coating, containing the femoral component, made in the form of a sled of two parallel, fastened together arcs, having on the inner side a support plane for the distal sawdust of the femur, the tibial component made in the form of a base, on the opposite sides of which the limiter is fixed and a leg with stiffeners, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which there are made recesses, mated along a cylindrical the surfaces with the arches of the slides of the femoral component, and on the other hand, the arcuate and guide grooves are made in the platform, in which the limiter and the support pin are respectively installed, the slides of the arches of the femoral component and the recesses associated with them in the platform are made in the form of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the distal sawdust of the femur and drawn through the corresponding line touch, characterized in that on the surface of the intraosseous parts of the retainers of the femoral component and the legs with stiffeners of the tibial component, a microporous layer is obtained, obtained as a result of preliminary blistering pore formation during ion-beam surface treatment with a beam of helium ions (He ⁺ ) with subsequent synthesis on the formed a microporous surface-porous diamond-like carbon film obtained in the process of ion beam processing in the vacuum environment of carbon dioxide (CO ₂₎ sheaf ohm argon ions (Ar ^+), modified with silver ions (Ag ⁺⁾ in the process of ion-beam treatment.