Новейшие методы проектирования и изготовления ортопедических имплантатов

Когда идея создания нового имплантата развивается, работа часто начинается с медицинских инженеров и развивается. Сначала делается быстрый прототип фрезерного станка, чтобы получить общее представление о целом и возможных дефектах и деталях. Инженеры вместе с врачами начинают делать каждый медицинский имплантат. Процесс изготовления ортопедических имплантатов значительно прогрессировал почти каждый год. Каждая из медицинских инженерных лабораторий имеет свои собственные детали и методы, но во всех них можно наблюдать общий метод. Далее мы узнаем, как превратить идею в реальный физический продукт, о чем мы часто не задумываемся. Чтобы ознакомиться с методом изготовления имплантатов, следует посетить производственные площадки. На этих производственных площадках высокотехнологичные процессы помогают в производстве ортопедических имплантатов и разработке передовых имплантологических хирургических инструментов.Компания Health News Center с группой специалистов в области медицинской инженерии пытается предоставить новейшие продукты и услуги в области ортопедических имплантатов.

Каковы распространенные типы ортопедических имплантатов?

Три наиболее распространенных типа имплантатов-это винты, пластины и протезы. Существуют различные типы ортопедических хирургических имплантатов. В зависимости от типа травмы для восстановления поврежденного участка тела используются различные имплантаты.

Винтовые имплантаты в ортопедии

Ортопедические винты выпускаются двух типов: с плоской и крестообразной головкой. Винты используются во всех частях имплантационной хирургии. Хирурги обычно используют только винты для восстановления сломанных костей или восстановления стабильности слабых костей. Обычно винты, которые имплантируются в кости, позже не удаляются. Другого способа установить винты нет. Сначала в нужной кости делается отверстие, а затем винт устанавливается в нужное место с наименьшим давлением на кости.

Имплантаты в форме бляшек

Второй тип хирургического имплантата имеет форму пластины или пластинки. Бляшка впервые была использована более 50 лет назад в 1886 году для заживления сломанной кости.

Как и винты, существуют различные типы пластин различной формы, которые используются для повторного соединения переломов и дефектов пациента. Бляшки чаще прикрепляются к концам костей и вновь укрепляют переломы. Хирурги точно знают, какой тип пластинки заказать для каждого поражения кости. Тип бляшки используется для покрытия места перелома. Мостовидные пластины создают длину и выравнивание и стабилизируются вокруг сломанных костей. Компрессионные пластины используются для удержания и сварки костей до тех пор, пока они не заживут. Натяжные пластины надежно удерживают ослабленную область, пока она не заживет. Чтобы иметь возможность выбрать каждую страницу, вы должны иметь глубокие знания анатомии.

Протезы

Последним типом ортопедического имплантата является протезирование. Существует несколько протезов, используемых ортопедами для замены суставов, сломанных костей и ампутаций. Протезы иногда могут полностью восстановить весь потенциал организма за короткий промежуток времени. Протезы колена и руки чаще всего используются пациентами. Хирург-протезист должен иметь полную и актуальную информацию от лучших протезных компаний мира. Например:

• Протез Остина Мура используется при переломах шеи.
• Для замены локтевого сустава коробчатый протез и шовный материал - лучшая модель, доступная на рынке ортопедических протезов.
• Стержни Luque используются для фиксации позвоночника. 

Как изготавливаются ортопедические имплантаты

Метод ЧПУ

Почти все имплантаты и имплантируемые хирургические инструменты изготавливаются из металлического блока, такого как титан, или композитного пластика, такого как PEEK. Металлические блоки или стержни направляются в большие промышленные многоосевые фрезерные станки (ЧПУ), которые имеют ряд роботизированных рычагов и режущую направляющую с лучшими миниатюрными точильными функциями. Эти машины являются чувствительными и очень точными моделями, похожими на машины для изготовления деталей машин, которые могут выполнять точение и моделирование пятью способами. К середине работы шестой аспект каждой части сохраняется нетронутым в качестве основы. После завершения фрезерования электроэрозионный станок для резки проволоки (EDM) удаляет основание и разрезает шестую грань в соответствии с конструкцией.

Самое главное в машинах для изготовления имплантатов-это перемещать деталь без изменения координат какой-либо точки тела имплантата, чтобы точение в различных аспектах могло быть выполнено с высочайшей точностью и наилучшим качеством. Хотя фрезерование производится промышленными роботами, большая часть остальной работы выполняется высококвалифицированными техниками.

Если имплантат нуждается в матовой поверхности, техник пойдет за пескоструйной обработкой, чтобы удалить металлический блеск по мере необходимости. Техник также использует роторный шлифовальный станок для снятия заусенцев и полировки детали. После этого информация о деталях наносится на них лазером и отправляется в лабораторию качества для проверки различных свойств деталей с помощью автоматических инструментов и высокой точности. Существует также устройство, называемое оптическим компаратором, которое имитирует увеличенное изображение детали на экране моделирования, чтобы сравнить точность изготовления детали с оригинальной конструкцией. Наконец, все детали очищаются ультразвуком. Они также пассивны с нитратом или цитратом для предотвращения коррозии. Именно на этом этапе завершается процесс изготовления ортопедического имплантата.

Технология электронно-лучевой плавки (ЭБ) в производстве имплантатов

Технология проектирования и процесс изготовления ортопедических имплантатов с использованием технологии электронно-лучевой плавки, которая является разновидностью 3D-печати, является новейшим методом производства имплантатов в мире, где каждая деталь изготавливается непосредственно по 3D-компьютерной модели. В этом методе сырье плавится и тонкие слои материалов завершают слой за слоем желаемую деталь. Этот метод развивался в течение последних 20 лет.

В принципе, цифровой метод 3D-реконструкции анатомических моделей создал совершенно новые возможности для различных отраслей промышленности. Строительство ортопедических имплантатов также не остановилось на 3D-моделировании и добилось значительного прогресса. В медицинских коллекциях путь к 3D-моделированию был проложен благодаря наличию компьютерной томографии, и поэтому такого улучшения можно было ожидать. Поскольку кости каждого человека отличаются по форме и требуют уникальной операции для их восстановления, когда они ломаются, изготовление любой бляшки или протеза, следуя линии кости пациента, делает ортопедическую хирургию более успешной. Таким образом, имплантационная хирургия смогла во многом помочь увеличить продолжительность жизни человека и омолодить органы. Исследования показали, что метод EBM имеет большой потенциал в ортопедии. Изготовление нестандартных пластин и пластин на основе метода EBM привело к значительному снижению высокой стоимости ортопедических процедур.

Преимущества экономии сырья и сокращения времени изготовления являются преимуществами метода EBM. Клинические исследования в университетах ряда ведущих стран показали отличные результаты в улучшении качества жизни пациентов с использованием технологии электронно-лучевой плавки. Ортопедические имплантаты изготавливаются из биосовместимых металлов.

Изначально прямое 3D-производство с титаном было невозможно. В более старом методе физическая модель, основанная на точной компьютерной томографии костей каждого пациента методом электронно-лучевой плавки, была лучшей основой для изготовления оригинальных деталей из титана. Следует отметить, что наиболее дорогостоящей частью изготовления имплантатов является стадия формования, что позволило повысить точность изготовления с помощью цифрового 3D-метода и значительно снизить затраты. С развитием электронно-лучевых машин стало возможным непосредственно расплавлять Титан и изготавливать титановый кусок из цифровой модели каждой ортопедической кости. Этот момент незабываем для медицинской науки и процесса изготовления ортопедических имплантатов.

Сегодня ортопедия, несмотря на цифровое моделирование, как на стадии планирования операции, так и во время операции, имеет полный контроль и зрение над углами кости, расположением винтов и пластин, и может рассмотреть все перед каждой операцией. Компьютерная поддержка электронно-лучевых плавильных машин за последнее десятилетие значительно увеличила мощь и утонченность хирурга-ортопеда.

Сырьем, используемым для медицинского применения в методе электронно-лучевой плавки, является Ti6Al4V ELI (Марка 23). Этот биосовместимый материал имеет размер частиц от 45 до 100 микрометров. Во многих исследованиях с титаном 23 метод электронно-лучевой плавки оказался успешным, и изготовленная пластина, как обычно, обладает достаточными свойствами.

Знакомство с различными материалами ортопедических имплантатов

В настоящее время в искусственных ортопедических устройствах используются три категории материалов.

Металлы, полимеры и керамика.

Следует отметить, что биосовместимые металлы до сих пор известны как наиболее широко используемый материал при изготовлении ортопедических имплантатов благодаря их применению в различных методах, таких как электронно-лучевая плавка.

• Биосовместимые металлы

Металлы, используемые в процессе изготовления ортопедических имплантатов, включают хирургическую нержавеющую сталь (обычно 316L), кобальт-хром-алюминий (Co-Cr) и чистый коммерческий Титан (Ti) или алюминий-титан.

Нержавеющая сталь используется в непостоянных имплантатах, таких как внутренние стабилизаторы и кардиостимуляторы, благодаря своей высокой прочности против усталости и особому свойству устойчивости к пластической деформации. До использования титана алюминий на основе кобальта в значительной степени заменил нержавеющую сталь в качестве материала для постоянных имплантатов, но устарел из-за своего канцерогенного потенциала.

Использование титана в ортопедических имплантатах включает в себя коммерческий чистый алюминий и титан, например Ti-6Al-4V. Эти металлы обладают высокой биосовместимостью. Однако некоторые опасения по поводу воздействия ванадия и алюминия остаются. Титан и его производные более устойчивы к коррозии, чем сплавы Co-Cr, благодаря образованию оксида титана на поверхности. Хотя Титан чрезвычайно хорош в биосовместимости, истирание слоя оксида титана может привести к высвобождению частиц в окружающие ткани. Идентификация этих остаточных частиц является хорошим ответом на вопрос, почему появляются нежелательные ткани и почему титановые имплантаты ослабевают в долгосрочной перспективе.

Почему Титан 23 является лучшим в ортопедической медицине?

Ti-6Al-4V ELI и титан Ti-6Al-4V наиболее широко используются в процессе изготовления ортопедических имплантатов. Наиболее распространенными видами алюминия при изготовлении медицинского титана являются два специальных алюминиевых сплава. Алюминий 6AL4V и 6AL4V ELI с 6% алюминия и 4% ванадия популярны в медицинской технике из-за их совместимости с человеческим организмом. Ti-6Al-4V ELI и Ti-6Al-4V titanium они наиболее устойчивы к изменениям температуры, времени и напряжения. Этот сплав является лучшим выбором для замены сломанных бедренных суставов, сильно сломанных костей, ребер грудной клетки, позвоночника, пальцев и костей лица, костных пластин, стержней и проволок, необходимых в ортопедической хирургии. Благодаря свойствам этого титана хирургия зубных имплантатов достигла поразительного прогресса. Этот тип операции начинается с введения титанового стержня в челюсть, а затем титановый винт прикрепляется к стержню, как корень зуба, и используется в качестве основы, которая является прочной, очень нежной, антибактериальной и абразивной.

Преимущества титановых хирургических инструментов

Мы упоминали о некоторых преимуществах титана, но список преимуществ очень длинный. Эти преимущества делают Титан полезным для различных отраслей промышленности. Титан обладает высокой биосовместимостью благодаря своей стойкости к истиранию и обладает тонкой способностью прикрепляться к человеческой кости, которая стала ключевым элементом ортопедической медицины. От хирургических инструментов до ортопедических и зубных стержней-все они титановые. Титан также обладает способностью адаптироваться к живой кости, и это преимущество сделало большие успехи в мире стоматологии и зубных имплантатов.

Хирургия и ортопедические инструменты сделали огромный скачок благодаря присутствию титана.

• Титановые инструменты тверже и легче стальных
• Титан устойчив к бактериям
• Его можно использовать с излучающими излучение устройствами
• Сверхпрочный Титан имеет более длительный срок службы, чем обычная человеческая жизнь
• Ti-6Al-4V ELI и Ti-6Al-4V titanium также являются наиболее устойчивыми к переломам, и сегодня конструкцию красивых ортопедических имплантатов невозможно представить без этого титана.

• Полимеры

Полимеры образуются путем связывания большого количества мономеров с помощью химических реакций. Наиболее популярным ортопедическим полимером является сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМП) или полиэтилен высокой плотности (ПНД). В процессе изготовления ортопедических имплантатов полиэтилен, безусловно, является лучшим материалом по сравнению с металлом или керамикой.

Основной проблемой полимеров по сравнению с их конкурентами является деформация под нагрузкой, обычно называемая ползучестью. Вторая проблема полиэтилена-прогрессирующий износ. По этой причине углеродное волокно добавляется для усиления механической прочности полиэтилена. Хотя углеродное волокно улучшает ползучесть и прочность на растяжение, оно снижает его устойчивость к поверхностному истиранию этих имплантатов.

• керамический

Керамика, используемая в ортопедических имплантатах, включает оксид алюминия и фосфат кальция. Эти керамические материалы очень устойчивы к давлению, но слабы и хрупки при растяжении. Керамика из оксида алюминия (глинозема) образует своего рода порошок, используя одновременное давление и температуру. Этот процесс, называемый горячим прессованием, приводит к получению конечного продукта высокой плотности с небольшим размером зерна и хорошими механическими свойствами. Керамика обладает высокой твердостью и модулем упругости 330 000 миллисекунд по отношению к кости, что может под давлением привести к разрушению кости или преждевременному расшатыванию керамических гнезд из-за неровных упругих свойств.

Хотя эксперименты показали отличные результаты в трибологии и истирании глиноземных керамических имплантатов, неприемлемое истирание все еще наблюдается в керамических имплантах после нескольких лет использования. Еще одной причиной сокращения использования керамики является ее низкая устойчивость к ударам. Керамика быстро трескается, и керамическая трещина быстро ломается.

Ожидается, что производство ортопедических имплантатов и биомедицинская промышленность будут продолжать расширяться. Ожидается, что с ростом и развитием искусственных частей тела ожидаемая продолжительность жизни человека будет быстро расти, а спрос на ортопедические операции и протезы также возрастет. Активная человеческая жизнь на протяжении всей жизни и долгая молодость уже не являются человеческой мечтой, и мы можем сказать, что достигли ее, но она еще не доступна каждому. В ближайшем будущем преимущества долголетия и мира без физических недостатков предвидятся благодаря наличию ортопедических имплантатов. Однако высокая стоимость отрасли и риск монополизации по-прежнему вызывают серьезную озабоченность.

Компания Health News Center смогла сыграть важную роль в предоставлении этого ценного медицинского продукта менее развитым странам, предоставив высококачественные и конкурентоспособные по цене имплантаты. Чтобы просмотреть имплантаты Health News Center, обратитесь к разделу продукты.