RU2668132C2 - Головка эндопротеза тазобедренного сустава - Google Patents
Головка эндопротеза тазобедренного сустава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668132C2 RU2668132C2 RU2017107687A RU2017107687A RU2668132C2 RU 2668132 C2 RU2668132 C2 RU 2668132C2 RU 2017107687 A RU2017107687 A RU 2017107687A RU 2017107687 A RU2017107687 A RU 2017107687A RU 2668132 C2 RU2668132 C2 RU 2668132C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- amount
- amorphous carbon
- head
- hip joint
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/08—Carbon ; Graphite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/42—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix
Abstract
Изобретение относится к медицине, ортопедии. Головка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала. Материал содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80%. Материал-наполнитель состоит из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор матрицы. В аморфный углерод внедрены углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода. Изобретение позволяет повысить прочность эндопротезов до значений, равных и выше максимальной прочности костной ткани человека. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к медицине, а точнее - к области изготовления эндопротезов, используемых в ортопедии для замены пораженных естественных суставов человека.
Более конкретно изобретение может быть использовано для замены пораженного тазобедренного сустава.
Эндопротезирование суставов является одной из наиболее распространенных ортопедических операций, и прогнозируется дальнейший рост потребности в подобных вмешательствах. Популяция пациентов, нуждающихся в эндопротезировании суставов, характеризуется увеличением возраста и количества сопутствующих заболеваний.
Эндопротезирование суставов обеспечивает долгосрочное восстановление качества жизни, связанного со здоровьем, до уровня популяционной нормы у пациентов с тяжелыми дегенеративными изменениями суставов конечностей.
Ввиду прогнозируемого роста ортопедических операций - эндопротезирования, также неуклонно совершенствуются сами протезы, их структура, материалы, которые используются для их изготовления.
К материалам, которые применяют в настоящее время в эндопротезировании тазобедренного сустава человека, относят: металлы и их сплавы, керамику, костный цемент (полиметилметакрилат), полиэтилен.
Минусом металлических материалов является то, что сочетание металлических медицинских изделий в имплантатах осложняет работу эндопротеза из-за гальвано-электрических явлений вследствие различных электрохимических потенциалов, приводящих к металлозу окружающих биологических тканей или к коррозии деталей. Кроме того, металлам свойственно вызывать резорбцию костной ткани, а усталостные явления часто приводят к разрушению эндопротеза.
Широко известно, что для изготовления чашек тазобедренных суставов является полиэтилен ультравысокого молекулярного веса UHMW РЕ ISO 5834/1 (ASTM F603), а для головок - нержавеющая сталь горячей ковки FeCrNiMoMn ISO 5832/1 (ASTM F648), CoCrMo сплав ISO 5832/4 (ASTM F75) и Al2O3 керамика ISO 6474 (ASTM F603).
Среди традиционных материалов комбинация полиэтилен и Al2O3 керамика считается наиболее оптимальной и наиболее широко распространена (см., например, В.А. Фокин. Пары трения для тотальных эндопротезов тазобедренного сустава и проблемы износа. - Margo Anterior №4/2000, стр. 3). Однако износ полиэтилена является одной из основных проблем в тотальном замещении тазобедренного сустава. Кроме того полимерные материалы нередко вызывают злокачественные перерождения окружающих тканей, проявляют хладотекучесть, старение, что приводит к деформации и разрушению эндопротеза.
Например, известны эндопротезы тазобедренного сустава [заявка US 5549697 A (кл. A61F 2/30, 27.08.1996) и патент US 6187049 (кл. A61F 2/32, 13.02.2001)], содержащие шарнирный элемент в виде головки и чашки, выполненные из керамики. Эти эндопротезы сустава обладают низким коэффициентом трения в шарнире и высокой износоустойчивостью. Однако для применения этих эндопротезов существуют серьезные ограничения. Естественная хрупкость керамики не позволяет сделать стенки керамического вкладыша тоньше 5 мм. Общепринятым недостатком этих протезов является слабая устойчивость к ударным нагрузкам. При прыжках, беге пациента, или при хирургических процедурах на головку и чашку эндопротеза воздействуют ударные нагрузки, вызывающие образование микротрещин в керамике, которые вырастают в процессе эксплуатации и вызывают разрушение шарнирного элемента.
Более высокой трещиностойкостью, более низким коэффициентом трения и более высокой износостойкостью обладает изотропный пиролитический углерод. Сравнительные испытания физико-механических свойств материалов для ортопедических имплантатов (силиконовый каучук, полиэтилен, полиметилметакрилат, титан, нержавеющая сталь, сплав Co-Cr, Al2O3 керамика и пиролитический углерод) показали, что свойства пиролитического углерода наиболее близки к кортикальной кости [см., например, Kampner S.L., Weinstein A.M. l-st Int. Conf. Eng. and Clin. Aspekt Endoprosthetic Fixat. - London, 13-15 June 1984, 111-120]. По показателям биосовместимости, токсичности и коррозии углеродные материалы являются одними из лучших для использования в качестве имплантатов.
Однако у эндопротеза из изотропного пиролитического углерода также имеются недостатки: невысокая надежность, так как в изотропном пиролитическом углероде возникают большие внутренние напряжения, что приводит к растрескиванию материала с последующим разрушением конструкции эндопротеза.
Из уровня техники известен еще один материал, применяемый для изготовления эндопротезов, такой как углерод-углеродный композиционный материал, который характеризуются высокой биосовместимостью с тканями человека. Эндопротезы, изготовленные из таких материалов, хорошо приживаются, не давая нежелательных реакций.
В 1982 г. появилась информация о стержнях тазобедренных суставов из углерод-углеродных композитов, разработанных в Германии (см., например, Бушуев Ю.Г., Персин М.И., Соколов В.А. Углерод-углеродные композиционные материалы: Справ. изд. М.: Металлургия, 1994).
В 80-х годах в Перми в Уральском научно-исследовательском институте композиционных материалов Ю.А. Змеевым, Ю.К. Осоргиным, П.Г. Удинцевым были разработаны эндопротезы тазобедренного сустава из композита на основе углеродной ткани.
Из уровня техники известен патент (RU 2116058 C1, 27.07.1998), в котором раскрыт эндопротез бедренной кости, содержащий выполненные из углерод-углеродного композиционного материала головку, шейку и конусообразную ножку.
Недостатком данного эндопротеза является невысокая прочность и надежность фиксации протеза.
Техническим результатом, на достижение которого направленно заявленное техническое решение заключается в изготовлении эндопротеза тазобедренного сустава с прочностью при циклическом нагружении равную и выше максимальной прочности костной ткани человека, обладающего высокой долговечностью, износостойкостью.
Данный технический результат достигается благодаря тому, что головка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала, содержащего пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80% и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70%, и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор, при этом аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.
Кроме того, в техническом решении предлагаются дополнения, направленные на его дальнейшее улучшение. Так, например, для увеличения прочности эндопротеза и надежности его фиксации в кости, предлагается установить усиливающий каркас для формирования единого костно-углеродного блока в зоне замещаемого дефекта.
Для обеспечения эффективной установки усиливающего каркаса в качестве материала, из которого он изготовлен, предлагается использовать титан.
Предлагаемое техническое решение реализуются следующим образом.
Эндопротез тазобедренного сустава представляет собой эндопротез стандартной конструкции. При этом размер и геометрическая форма составных частей эндопротеза может варьироваться в зависимости от различных факторов: возраст, телосложение и образ жизни пациента и т.д.
Стандартная конструкция тазобедренного сустава состоит из трех отдельных сборных деталей - чашка, ножка и головка, которые компонуются во время операции.
Внутри чашки, которая представляет собой корпус, например, с внутренней сферической поверхностью, закреплен вкладыш. Вкладыш может быть изготовлен из керамики, пластика (полиэтилена) или металла.
Головка эндопротеза тазобедренного сустава изготавливается из композиционного материала состава указанного выше.
Указанный технический результат в части прочности при циклическом нагружении достигается за счет того, что в состав композиционного материала из которого выполнена головка, входит аморфный углерод с углеродными нанотрубками в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.
Применение такой конструкции головки для эндопротеза сустава с упругими характеристиками, близкими к характеристикам кости гарантирует создание ситуации, при которой во время ходьбы имплантат деформируется вместе с костью, что приводит к снижению концентрации остаточных напряжений, разрушению головки и расшатывания ее в местах плотного контакта с костью.
Эндопротез тазобедренного сустава работает следующим образом.
С помощью обычных хирургических процедур эндопротез тазобедренного сустава закрепляется в бедренной и тазовых костях пациента. При движении ноги пациента происходит перемещение головки эндопротеза тазобедренного сустава внутри чашки. При этом взаимодействуют гладкие, например, сферические поверхности - наружная у головки и внутренняя у чашки, выполненные из композиционного материала указанного выше.
Совокупность предложенных новых признаков технического решения - выполнение головки для эндопротеза сустава из композиционного материала состава указанного выше, - позволяет получить эффективный, обусловленный взаимосвязью признаков, технический результат - создание головки для замещения костной ткани с модулем упругости, оптимально соответствующим модулю упругости костной ткани человека и имеющего прочность при циклическом нагружении не менее или даже выше, чем у костной ткани человека.
Claims (3)
1. Головка эндопротеза тазобедренного сустава, выполненная из композиционного материала, содержащего пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80%, и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор, при этом аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.
2. Головка эндопротеза тазобедренного сустава по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит усиливающий каркас для формирования единого костно-углеродного блока в зоне замещаемого дефекта.
3. Головка эндопротеза тазобедренного сустава по п. 2, отличающаяся тем, что каркас выполнен из титана.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107687A RU2668132C9 (ru) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Головка эндопротеза тазобедренного сустава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107687A RU2668132C9 (ru) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Головка эндопротеза тазобедренного сустава |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017107687A RU2017107687A (ru) | 2018-09-10 |
RU2017107687A3 RU2017107687A3 (ru) | 2018-09-10 |
RU2668132C2 true RU2668132C2 (ru) | 2018-09-26 |
RU2668132C9 RU2668132C9 (ru) | 2018-11-19 |
Family
ID=63478901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107687A RU2668132C9 (ru) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Головка эндопротеза тазобедренного сустава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2668132C9 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2116058C1 (ru) * | 1997-01-27 | 1998-07-27 | Пермская государственная медицинская академия | Эндопротез бедренной кости |
RU2181600C2 (ru) * | 2000-01-20 | 2002-04-27 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Композиционный пористый материал для замещения костей и способ его изготовления |
RU2204361C2 (ru) * | 2000-07-04 | 2003-05-20 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Протез тела позвонка |
EA012091B1 (ru) * | 2005-07-01 | 2009-08-28 | Синвеншен Аг | Медицинское устройство, содержащее сетчатый композиционный материал |
US20120226345A1 (en) * | 2007-01-19 | 2012-09-06 | Elixir Medical Corporation | Biodegradable endoprostheses and methods for their fabrication |
-
2017
- 2017-03-09 RU RU2017107687A patent/RU2668132C9/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2116058C1 (ru) * | 1997-01-27 | 1998-07-27 | Пермская государственная медицинская академия | Эндопротез бедренной кости |
RU2181600C2 (ru) * | 2000-01-20 | 2002-04-27 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Композиционный пористый материал для замещения костей и способ его изготовления |
RU2204361C2 (ru) * | 2000-07-04 | 2003-05-20 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Протез тела позвонка |
EA012091B1 (ru) * | 2005-07-01 | 2009-08-28 | Синвеншен Аг | Медицинское устройство, содержащее сетчатый композиционный материал |
US20120226345A1 (en) * | 2007-01-19 | 2012-09-06 | Elixir Medical Corporation | Biodegradable endoprostheses and methods for their fabrication |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017107687A (ru) | 2018-09-10 |
RU2668132C9 (ru) | 2018-11-19 |
RU2017107687A3 (ru) | 2018-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aherwar et al. | Current and future biocompatibility aspects of biomaterials for hip prosthesis. | |
Guo et al. | On the design evolution of hip implants: A review | |
Patel et al. | A review on biomaterials: scope, applications & human anatomy significance | |
Mjöberg | Fixation and loosening of hip prostheses | |
Frosch et al. | Metallic biomaterials in skeletal repair | |
US20050015154A1 (en) | Tissue integration design for seamless implant fixation | |
Affatato et al. | Short history of biomaterials used in hip arthroplasty and their modern evolution | |
Park | Orthopedic prosthesis fixation | |
Park et al. | Hard tissue replacements | |
Yu et al. | Polyetheretherketone for orthopedic applications: A review | |
Affatato | Perspectives in total hip arthroplasty: advances in biomaterials and their tribological interactions | |
Tigani et al. | Orthopaedic implant materials and design | |
RU2668132C2 (ru) | Головка эндопротеза тазобедренного сустава | |
RU2668130C2 (ru) | Чашка эндопротеза тазобедренного сустава | |
RU2668131C9 (ru) | Ножка эндопротеза тазобедренного сустава | |
RU2684409C2 (ru) | Композиционный материал для замещения костной ткани и эндопротезы суставов, изготовленные из него | |
CN210019806U (zh) | 一种人工关节铸件 | |
Gotman | Biomechanical and Tribological Aspects of Orthopaedic Implants | |
US10765523B2 (en) | Prosthesis component and method for the production thereof | |
Park et al. | Hard tissue replacement—II: Joints and teeth | |
Thompson | The design of a novel hip resurfacing prosthesis | |
Kashi et al. | Mechanisms of failure of medical implants during long-term use | |
Park et al. | Hard tissue replacement II: joints and teeth | |
RU2785011C1 (ru) | Индивидуальный имплантат проксимального суставного конца плечевой кости с биоактивными свойствами | |
Swanson | The state of the art in joint replacement: Part 3: Results, Problems and Trends |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 27-2018 FOR INID CODE(S) (72) |
|
TH4A | Reissue of patent specification |