Устройство для обработки поверхности имплантатов



Устройство для обработки поверхности имплантатов
Устройство для обработки поверхности имплантатов

 


Владельцы патента RU 2624368:

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (RU)

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для модификации поверхности имплантатов содержит камеру с имплантатом, лазер, сосуд с водой, обогреватель, паропровод, реверсивный двигатель, перемещающий узел, захват, гайку и два концевых выключателя, причем конец вала реверсивного двигателя выполнен в виде плоского выступа, введенного в шлиц, который выполнен на одном торце оси перемещающего узла, на другом торце оси перемещающего узла механически закреплен зажим, ось перемещающего узла выполнена в виде цилиндра с резьбой, вкрученной в гайку, механически закрепленную через стойку с внутренней стенкой камеры, при этом на образующей поверхности оси перемещающего узла установлены элементы концевых выключателей. Изобретение позволяет имплантату равномерно вращаться и перемещаться в продольном направлении, что дает возможность равномерного облучения лучом лазера всей поверхности имплантата. 2 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при производстве имплантатов и костных шурупов, а также в стоматологии при операциях имплантации, в травматологии при остеосинтезе.

Известно устройство изготовления стоматологического имплантата с многослойным биоактивным покрытием (патент РФ 2146535), которое включает узел пескоструйной обработки имплантата для получения шероховатости поверхности и узел плазменного напыления, которое позволяет обеспечить адгезионную прочность, однако не создает поверхностной упорядоченной пористости покрытия, в результате чего снижается уровень его остеоинтеграции.

Известно устройство [1] для получения наноструктурированной (наноструктурной) пористой поверхности имплантатов из титана и сплавов титана, включающее узел пескоструйной обработки, узлы травления в растворах кислот и анодирования. Данное устройство не позволяет получить достаточную поверхностную пористость покрытия, что снижает его остеоинтеграционные свойства.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для модификации поверхности имплантатов, описанное в [2]

Устройство-прототип включает в себя эксимерный лазер KrF (1) (248 нм, длина импульса 30 нс, 50 Гц) (LPX 305, «Лямбда физике», Гёттинген, Германия), комплект линз и имплантат, установленный на вращающемся столике.

Недостатками устройства является отсутствие узла продольного перемещения имплантата, что не позволяет обеспечить равномерной обработки лазерным лучом всей поверхности имплантата. Кроме того, устройство - прототип имеет ограниченный диапазон применения, в частности, для обработки титановых зубных имплантатов с плазменным напылением. Для более биосовместимых материалов, в частности для циркония, эта установка не позволяет получить качественной поверхности, из-за использования не оптимальной длиной волны излучения лазера, равной 248 нм.

Техническая задача изобретения состоит в обеспечении равномерного облучения поверхности имплантата лазерным лучом за счет придания ему возможности не только вращательного движения, но и равномерного продольного перемещения. Кроме того, в задачу изобретения входит также создание возможностей придания поверхности имплантатов на основе циркония свойств, повышающих их остеоинтеграцию с костной тканью пациентов.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для модификации поверхности имплантатов, включающее в себя камеру с имплантатом и лазер, дополнительно введены сосуд с водой, обогреватель, паропровод, реверсивный двигатель, перемещающий узел, захват, гайка и два концевых выключателя, причем конец вала реверсивного двигателя выполнен в виде плоского выступа, введенного в шлиц, который выполнен на одном торце оси перемещающего узла, на другом торце оси перемещающего узла механически закреплен зажим, ось перемещающего узла выполнена в виде цилиндра с резьбой, вкрученной в гайку, механически закрепленную через стойку с внутренней стенкой камеры, при этом на образующей поверхности оси перемещающего узла установлены элементы концевых выключателей.

На фиг. 1. приведена схема реверсивного двигателя РД-09. На фиг. 2 приведена схема заявляемого устройства. Фиг. 1 и фиг. 2 служат для пояснения сущности изобретения. На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1, 2, 3, 4 - клеммы на корпусе реверсивного двигателя РД-09. Цифрой 5 - обозначены контакты концевого выключателя.

На фиг. 2 введены следующие обозначения:

5 - контакты концевого выключателя; 6 - камера; 7 - стойка; 8 - лазер; 9 - луч лазера; 10 - паропровод; 11 - имплантат; 12 - обогреватель; 13 - вода; 14 - сосуд; 15 - реверсивный двигатель; 16 - вал двигателя; 17 - плоский выступ; 18 - ось перемещающего узла; 19 - шлиц; 20 - гайка; 21 - подставка; 22 - зажим; 23 - пружина.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В сосуд 14 (рис. 2) заливают воду 13 и включают обогреватель 12. После того, как вода закипает, водяной пар через паропровод 10 начинает поступать к имплантату 11, закрепленному в зажиме 22, при помощи сжимающей пружины 23. Захват 23 выполнен в виде шарнирного манипулятора, захваты которого сжимаются под действием стягивающей пружины 23. При поступлении водяного пара к имплантату 11 включают реверсивный двигатель 15, установленный на подставки 21 и лазер 8. Луч лазера 9 начинает облучать поверхность имплантата. Для того, чтобы луч лазера 9 равномерно облучал поверхность имплантата 11, указанный имплантат необходимо не только равномерно вращать вокруг своей оси, но и равномерно перемещать в продольном направлении. Указанное вращение и перемещение имплантата происходит следующим образом. Пусть вал 16 реверсивного двигателя 15 после включения вращается по часовой стрелке. Плоский выступ 17 на торце вала двигателя 16, введенный в шлиц 19 оси перемещающего узла 18, которая начинает вращаться и вкручиваться по резьбе в гайку 20, механически прикрепленную через стойку 7 к стенке камеры 6. При этом имплантат 11 начинает вращаться вместе с осью 18 и одновременно перемещаться в продольном направлении за счет вкручивания в резьбу гайки 20. Как только ось 18 переместится на заданное расстояние, которое определяется продольными размерами имплантата 1, срабатывают контакты 5 концевого выключателя. При срабатывании концевого выключателя 5 (фиг. 1) конденсатор С отключается от клеммы 4 реверсивного двигателя, и подключается к клемме 3 и 2, за счет чего реверсивный двигатель начинает вращаться противоположную сторону (против часовой стрелки). Вал двигателя 16 (фиг. 2)также начинает вращаться против часовой стрелки. При этом за счет шлицевого соединения ось 18 перемещающего узла также начинает вращаться против часовой стрелки. Это вращение приводит к тому, что ось 18 начинает выкручиваться из резьбы гайки 20, за счет чего имплантат 11, продолжая вращаться, начинает перемещаться в противоположном, относительно начального, продольном направлении. Это происходит до тех пор, пока имплантат 11 не пройдет заданного расстояния, определяемого габаритами имплантата. После чего вновь срабатывают контакты концевого выключателя 5 и реверсивный двигатель начинает вращаться в противоположном направлении. Обработка имплантата заканчивается после 4-6 циклов переключения реверсивного двигателя.

Суть изобретения заключается в следующем. Известно, что до недавнего времени наиболее распространенными были зубные имплантаты, выполненные из титановых сплавов, что в частности и описывается в устройстве-прототипе. Однако титан обладает относительно низкой биосовместимостью, и у некоторых пациентов наблюдается на титан аллергия. Под действием электрогальванизма отделившие частицы титана соединяются с белками, и воспринимается иммунной системой как чужеродный белок.

Имплантаты из диоксида циркония лишены подобных недостатков. Из свойств циркония наибольший интерес представляют такие, как биологическая инертность, значительная стойкость к различным химическим воздействиям, высокие характеристики усталостной выносливости, склонность к «самозалечиванию» поверхностных дефектов, технологичность, прочность. Поэтому изделия из сплава циркония нашли широкое применение в стоматологической практике. Сплавы циркония используются в основном для производства дентальных имплантатов. Этим и обусловлен выбор диоксида циркония в заявляемом способе. Однако часть поверхности имплантатов, которую вставляют в альвеолярную кость, выполненные из циркония или его оксидов, обычно имеет твердость, значительно превышающую твердость альвеолярной кости. Это приводит к значительному ухудшению сцепления имплантата с альвеолярной костью. Поэтому для улучшения процессов соединения имплантата с альвеолярной костью на поверхности имплантатов создают шероховатость поверхности с помощью ее механической обработки, лазерной обработки и т.п. Однако для улучшения биологического сродства и достижения высоких показателей соединения с костью простого придания шероховатости на поверхности имплантата недостаточно, так как при этом биологическое сродство и высокие показатели соединения с костью являются труднодостижимыми.

В заявляемом устройстве значительного улучшения биологической совместимости имплантата, изготовленного из циркония, добиваются путем его облучения лучом лазера в парах воды. При прохождения лазерного луча через водяной пар под действием высокой температуры луча происходит интенсивное разложение воды на ионы кислорода, ионы гидроксильной группы и ионы водорода. При этом на поверхности циркониевого имплантата образуется слой из гидроксида циркония. Высокие градиенты температуры, возникающие на облучаемой поверхности имплантата, проникновение ионов гидроксильной группы, кислорода и разогретых молекул воды приводят к образованию на облучаемой поверхности гидроксидного слоя, обладающего значительно меньшей твердостью, чем циркониевая основа имплантата, с многочисленными порами и мелкими трещинами. При установки указанного имплантата в альвеолярную кость поверхностный слой действует в качестве буферного слоя, обеспечивающего сокращение разницы в степени твердости между костью и основой, вследствие чего указанная мягкая поверхность дополнительно улучшает характеристики, и процесс срастания с костью. При этом, поскольку на поверхностном слое имплантата создаются многочисленные поры и микротрещины, то после установки имплантата в альвеолярную кость, костные клетки начинают входить в указанные поры и трещины в поверхностном слое. Вхождение костных клеток в микротрещины приводит к значительному увеличению площади поверхности контакта между имплантатом и костью, что обеспечивает эффект межмолекулярного соединения и возможность получения улучшенных характеристик адгезии и соединения с костью.

Пример конкретного выполнения.

Каркас зубного имплантата 11 (фиг. 2) был выполнен из циркония. Нижняя часть (дистальный конец) зубного имплантата 11 была выполнена в виде сужающегося книзу усеченного конуса. На указанном конусе была выполнена самонарезающая резьба, что обеспечивает возможность непосредственного ввинчивания имплантата 11 в высверленное отверстие в альвеолярной кости. Каркас зубного имплантата 11 закрепляли зажимом 22, расположенным на торце оси 18 перемещающего узла, размещенного в камере 6, которую увлажняли водяным паром, получаемым при испарении воды 13 из сосуда 14, при разогреве на электрической плитке 12. Для вращения и продольного перемещения имплантата был использован реверсивный двигатель РД-09. На фиг. 1 показана схема питания и реверсивного переключения указанного двигателя от сети переменного напряжения 220 В. Двигатель РД-09 имеет встроенный редуктор, благодаря которому скорость вращения вала двигателя может изменяться в широком диапазоне от 1,75 до 185 об/мин. Скорость продольного перемещения имплантата зависит от шага резьбы в гайке 20 и оси 18 и от скорости вращения вала двигателя. Расстояние продольного перемещения определяется длиной выступа 17 на конце вала и глубиной шлица 19 на торце оси 18. В зависимости от продольных размеров имплантата 11 величина продольного перемещения задается расстоянием между контактами концевых выключателей.

Предварительно было установлено, что наилучшие результаты при обработке лазерным лучом части поверхности зубного имплантата, соединенной с альвеолярной костью, достигаются в том случае, если длина волны луча лазера лежит в диапазоне (914÷1342) нм. В связи с этим нами был использован лазер (твердотельный лазер) с диодной накачкой на основе кристалла ванадата легированного неодимом, активные элементы которого Nd : YVO с основной длиной волны, которая составляет 1064 нм. После обработки поверхности циркониевого имплантата 11 лазерным лучом, исследовались характеристики их обработанных поверхностей.

Исследования с помощью электронной микроскопии поверхности имплантата 11, обработанной лазерным лучом, показали, что она, по сравнению с необработанной поверхностью имеет многочисленные микротрещины и поры диаметром 1,5-4 мкм, равномерно распределенные по поверхности имплантата. Рентгеноструктурный анализ показал, что поверхностный слой и состоит, в основном, из гидроксида циркония. Поверхности необработанных и обработанных лазерным облучением образцов имплантатов исследовали на твердость по методу Виккерса. Количественным показателем твердости по Виккерсу является число твердости (HV). В результате двух измерений твердости по Виккерсу необработанного лучом лазера образца имплантата, выполненного только из циркониевой основы, были получены значения 998 (HV) и 1129 (HV). В отличие от этого, твердость по Виккерсу облученной поверхности образцов имплантата, в котором поверхностный слой состоял из гидроксида циркония, составила 336 (HV) и 328 (HV). Таким образом, обработанная поверхность зубного имплантата примерно в 1,5 менее твердая, чем альвеолярная кость, твердость которой по Виккерсу обычно составляет 500 (HV).

Эффективность остеоинтеграции имплантатов в костную ткань не облученных и облученных лазерным лучом имплантатов, исследовалась на подопытных животных (крысах). Исследования показали, что коэффициент срастания поверхности корпуса имплантата и костной тканью для сравнительного (не облученного лазерным лучом) образца составил порядка 28%, а для опытного (облученного лазерным лучом) образца - 65%, что, говорит о значительном повышении эффективности врастания имплантата, облученного лазером в костную ткань. Более высокая эффективность остеоинтеграции облученного лазерным лучом имплантата обусловлена двумя факторами: высокой пористостью и многочисленными микротрещинами, заполняемыми костной тканью в процессе вживления имплантата в кость, и буферными свойствами умягченного слоя имплантата.

Таким образом, по сравнению с прототипом, имплантат имеет возможность равномерно вращаться и перемещаться в продольном направлении, что дает возможность равномерного облучения лучом лазера всей поверхности имплантата. Обработка водяным паром поверхности имплантата, в процессе его облучения лазерным лучом, позволяет получить равномерный слой гидроксида циркония с многочисленными порами и микротрещинами, причем твердость полученного слоя ниже твердости альвеолярной кости. Полученные при помощи установки имплантаты из циркония имеют более высокую эффективность соединения с костной тканью. Заявляемая установка может быть использована не только для зубных имплантатов, но и любых других имплантатов, изготавливаемых на основе циркония.

Источники информации

1. Патент РФ №2154463, 2000. Покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его нанесения.

2. Лазерное модифицирование титановых имплантатов с целью улучшения клеточной адгезии. Heinrich K. Dengler Т. Koerner В. Stritzker С. Haczek Н. Deppe Кафедра Экспериментальной физики IV, Университет Аугсбурга.

//http://www.findpatent.ru/patent/246/2469744.html (Прототип)

Устройство для модификации поверхности имплантатов, включающее в себя камеру с имплантатом и лазер, отличающееся тем, что в него дополнительно введены сосуд с водой, обогреватель, паропровод, реверсивный двигатель, перемещающий узел, захват, гайка и два концевых выключателя, причем конец вала реверсивного двигателя выполнен в виде плоского выступа, введенного в шлиц, который выполнен на одном торце оси перемещающего узла, на другом торце оси перемещающего узла механически закреплен зажим, ось перемещающего узла выполнена в виде цилиндра с резьбой, вкрученной в гайку, механически закрепленную через стойку с внутренней стенкой камеры, при этом на образующей поверхности оси перемещающего узла установлены элементы концевых выключателей.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине и касается создания биоинженерных тканей и органов. Для этого предлагаются живые трехмерные инженерные ткань или орган, содержащие множество сцепленных слоев и не содержащие предварительно сформированного скаффолда.

Изобретение относится к медицине, хирургии. Лапароскопическую нефропексию выполняют с использованием сформированного имплантата чашеобразной формы с размерами, соответствующими нижнему сегменту почки.

Изобретение относится к получению микропористых структур на поверхности изделий из титана или его сплава и может быть использовано в области медицинской техники при изготовлении из титана и его сплавов поверхностно-пористых эндопротезов и имплантатов для травматологии, ортопедии, различных видов пластической хирургии, для подготовки поверхности титановых имплантатов под нанесение биоактивных покрытий.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу обработки поверхности имплантов, предназначенных для имплантации в костную ткань. Способ обработки поверхности металлического имплантата для обеспечения требуемой шероховатости поверхности включает осуществление дробеструйной обработки по меньшей мере части поверхности металлического имплантата частицами одного или более оксидов титана, включающих по меньшей мере один нестехиометрический оксид титана, причем указанные частицы имеют компактную морфологию и размер от 1 до 300 мкм.

Изобретение относится к медицине и представляет собой слоистый материал для использования в качестве защиты от прокалывания в гибких заполняемых протезах, содержащий базовый и верхний слои, образованные из эластомера, и промежуточный слой, расположенный между базовым и верхним слоем.

Изобретение относится к медицине и представляет собой имплантируемое устройство для восстановления дефекта ткани, содержащее: элемент для восстановления ткани, имеющий множество открытых пор, элемент имеет противолежащие первую и вторую стороны; первую полимерную пленку, имеющую открытые поры, первая пленка установлена на первой стороне элемента; и вторую полимерную пленку, имеющую открытые поры, вторая полимерная пленка установлена на второй стороне элемента.

Группа изобретений относится к медицине, конкретно к способу изготовления медицинского имплантата из магниевого сплава, в котором содержание магния составляет по меньшей мере 80% масс., в частности по меньшей мере 90% масс., включающему следующие стадии: a) плавление магниевого сплава с получением расплавленного сплава; b) атомизация расплавленного сплава в атмосфере защитного газа и охлаждение расплавленного сплава, расплавленного до температуры ниже точки его затвердевания, с получением порошкового сплава; c) формование порошкового сплава прессованием с получением сплава-сырца; d) экструдирование сплава-сырца с получением формованного из магниевого сплава изделия; и e) получение медицинского имплантата из формованного из магниевого сплава изделия.

Изобретение может быть использовано для создания матриц для индивидуальных биоактивных имплантатов и искусственных органов. Для получения трехмерных матриц используют установку, состоящую из системы управления, трехкоординатной системы перемещения шприцевого диспенсера и рабочего резервуара.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству для имплантации протеза внутри ткани, ограничивающей канал в теле человека, чтобы вызвать сужение такого канала, то есть уменьшение относительного поперечного сечения.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения покрытий на элементах эндопротезов крупных суставов человека, выполненных из титана и его сплавов, включающий помещение имплантата в ванну с раствором электролита, содержащего ионы Са и Р, подключение имплантата и вспомогательного электрода к источнику питания, охлаждение электролита теплообменником, при этом готовят электролит, для чего растворяют в дистиллированной воде гидроксид кальция Са(OH)2, затем добавляют метасиликат натрия пятиводного Na2SiO3×5H20 и перемешивают до образования белого дисперсного взвешенного осадка, затем добавляют натрий фосфорнокислый двузамещенный двенадцативодный Na2HPO4×12H2O и перемешивают до полного его растворения, причем для обработки титана марок ВТ1-0, Grade 2, 3, 4, электролит готовят из расчета массы сухого вещества в граммах на литр состава: Са(OH)2 - 1,6; Na2SiO3×5H2O - 8,0; Na2HPO4×12H2O - 5,0; а для обработки сплавов ВТ6 (Ti-6Al-4V) и Ti-6Al-7Nb исходный электролит, применяемый для титана марок ВТ1-0, Grade 2, 3, 4, разбавляют дистиллированной водой в соотношении 2 части электролита и 1 часть воды; а для защиты не предназначенных для обработки частей элементов эндопротезов на них наносят маскирующую изолирующую оснастку на основе поливинилсилоксанового силикона аддитивного отверждения, далее проводят микродуговое оксидирование в течение 10-30 мин в мягком анодно-катодном режиме с синусоидальной формой тока плотностью 0,1±0,02 А/см2, причем на первой минуте используют анодный режим включения при соотношении анодного и катодного токов не менее 10:1.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для модификации поверхности имплантатов содержит камеру с имплантатом, вакуумный насос, натекатель, источник ионов или электронов, реверсивный двигатель, постоянные плоские магниты, перемещающий узел, захват, гайку и два концевых выключателя, причем реверсивный двигатель установлен вне камеры, и на торце его вала размещен один или несколько постоянных плоских магнитов, плоскости которых установлены параллельно плоскости заглушки камеры, выполненной из немагнитного материала, в виде плоского диска и герметично прикрепленной через уплотнительные манжеты к одному из патрубков камеры. Перемещающий узел состоит из двух осей, шарикоподшипника, гайки зажима и двух концевых выключателей. Изобретение позволяет имплантату равномерно вращаться и возвратно-поступательно перемещаться в продольном направлении, что дает возможность равномерного облучения пучком электронов (ионов) всей поверхности имплантата, благодаря чему имплантаты имеют более высокую эффективность соединения с костной тканью. 2 ил.

Группа изобретений относится к медицине. Хирургический имплантат выполнен с возможностью проведения пластики дефекта тканевой или мышечной стенки и содержит поверхностную гибкую базовую структуру, содержащую сетку, образующую основную область, и по меньшей мере одну лопасть. Лопасть начинается от основной области и имеет незакрепленный конец и концевой участок, проходящий вплоть до незакрепленного конца. Лопасть свернута назад на ее концевом участке и зафиксирована к основной области базовой структуры с образованием петлевой трехмерной структуры для заполнения дефекта тканевой или мышечной стенки, требующего пластики с использованием имплантата. Набор содержит упомянутый хирургический имплантат и отдельную хирургическую сетку, выполненную с возможностью помещения поверх дефекта тканевой или мышечной стенки после наложения хирургического имплантата. Способ изготовления упомянутого хирургического имплантата включает в себя этапы, на которых обеспечивают гибкую базовую структуру, содержащую сетку, которая образует основную область, и по меньшей мере одну лопасть, начинающуюся от основной области и имеющую незакрепленный конец, и концевой участок, проходящий вплоть до незакрепленного конца, и сворачивают назад по меньшей мере одну лопасть на ее концевом участке и фиксируют ее к основной области базовой структуры для образования петлевой трехмерной структуры. Изобретения обеспечивают при упрощении снижение стоимости. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх