Biomateriale metalice si implante utilizate in chirurgia ortopedicaBucia Nicolae-Aurelian Chirea Sorin-Gabriel Zangor Bogdan-Nicolae Profesor coordonator: .L.drd.ing. ANTONIAC Iulian Vasile

Cuprins:

Biomateriale metalice. esutul osos - tipuri de tesut osos - compozitia tesutullui osos - repararea oaselor lungi: dipozitive esterne si interne de fixare Proteza totala de sold: - inlocuire si securizare - tipuri de biomateriale utilizate la proteza de sold Proteza de genuchi: - totala sau partiala - tipuri de biomateriale utilizate la proteza de genunchi Proprietatile mecanice ale biomaterialelor utilizate pentru inlocuirea articulatiilor totale

Biomateriale metalice. esutul osos

Biomaterial: un material care poate func iona ca un ntreg sau parte a unui dispozitiv pentru a trata, asista, repara sau s nlocuiasc un esut, organ, sau n func ie de organism. Scheletul unui om adult obi nuit are 206 oase legate cu ligamente i tendoane i este compus din oase lungi, oase scurte i oase plate. Tesutul osos este un tesut conjuctiv mineralizat. Oasele sunt organe formate din esut osos, precum i m duva, vase de snge, epiteliu si nervi.

Tipuri de tesut osos

Cortical Spongios

Osul trabecular: spongios: format din trabecule individuale Os cortical (sau "os compact"): reprezint aproape 80% din masa scheletului

Os Cortical

Os trabecular

Compozitia tesutului osos

Matricea osoasa: este alcatuita din lamele care sunt in general in numar de 3-7, dar pot ajunge pana la 20 si din lacune, in care se gasesc osteocite care au prelungiri ce patrund in canicule ce se anastomozeaza. Organizarea biochimica a matricei osoase este din substante organice si anorganice. Substanta organica intra in alcatuirea fibrelor si a substantei fundamentale care este amorfa. Celulele sunt: - osteoblate: celule sintetizatoare de proteine. Prezinta receptori pentru hormoni si vitamine. - osteocite: se gasesc in lacune. Provin din osteoblaste. - osteoclastele: prezinta cate 50 de nuclei in fiecare celula si se gasesc in lacune speciale. Osteoblastele: depoziteaza o matrice de colagen i eliberearza calciu, magneziu, si ionii fosfati, care combin chimic si sa se intareasc n matricea n hidroxiapatita [Ca5 (Po4) 3OH]: esutului conjunctiv mineralizat

Cartilaj

Molecule de colagen

Spongios

Fosfat de Calciu (Cristale de Hidroxiapatita)

Fibra de colagen

Fibra de colagen

Fibre de colagen

Cartilaj articular

Epifiza

Linia epifizei

Os spongios Cavitatea madulara Nutrient feramen

Os spongios

DiafizaEndostem Periost

Cavitatea madulara

Os compactCartilaj articular

EpifizaLinia epifizei

Repararea oaselor lungiesutul osos sufer de regenerare spontan i remodelare. Scopul tratamentului fracturilor de oase lungi: - stabilizarea fracturii (previn mi carea excesive ntre fragmente osoase) i pentru a permite regenerarea osoas / remodelare. Non-chirurgicale: Chirurgical: Fixarea fracturilor externe: - a nu se deschide partea fracturata - fragmente de oase sunt inute mpreun de ace prin piele pe scheletul structural i sus inut de bare externe. Fixarea fracturilor interne: - se deschide partea fracturata - fragmentele de oase sunt de inute mpreun de cabluri, uruburi, pl ci, i / sau dispozitive intramedulare

Dispozitive externe de fixare

Dispozitive de fixare internaBrose

Cuie si tije

Placi si cuie

uruburi, placa si sarme cerclaj

BIOMATERIALE metalice pentru dispozitive de fixare internaMaterial SS 316L Aliaje de Ti Aliaje de Co-Cr (Fasonat) Proprietati Cost scazut Cost ridicat Cost ridicatDe nalt densitate i modul

Aplicatiisrm chirurgicala, PIN, pl ci, uruburi, cuie IM srm chirurgicala, pl ci, uruburi, cuie IM srm chirurgicala, IM cuie

Placi aplicate pe os

Placile osoase sunt fixate cu uruburi pe os peste fractur Utilizate pentru: - Locuri unde nu pot fi aplicate n zonele v t mate: astfel de zone sunt zona facial : nas, ochi sau prizele maxilarului. - Fracturi femurale - Alte fracturi

Proprietati mecanice ale biomaterialelor si osuluiDensitate (g/cm3) SS 316L 30% lucrat la rece Ti-6Al-4V sau ASTM F136 recoapt PLLA 7.9 modul de elasticitate (GPA) * 190 Randament (MPa) 690 For a de trac iune (MPa) 860 Alungirea la rupere% 12%

4.5

114

830

900

14%

1.3 Densitate (g/cm3)

2.7 modul de elasticitate (GPA) * 17-24 0.1-4.5

Rezistenta la compresiun e (MPa) 100-230 2-12

50 For a de trac iune (MPa) 90-130 10-20

5-10% Alungirea la rupere%

Os cortical Os spongios

~2 ~1

1-3% 4-7%

Cupa acetabulara Insertie de polietilena

Cupa acetabulara

Proteza totala de soldInainte Dupa

Cap femural metalic

Insertie de ceramica Cap femural ceramic Stem femural

Stem femural

Articula ia oldului este cea mai mare articulatie. Articulatia soldului este c ptu ita cu cartilajului articular:un strat de tesut, care ofer o frecare redus i amortizoare de ocuri. Artrita i prejudiciul pot deteriora acest strat protector de cartilaj, cauznd durere extrem pentru un pacient care desf oar activit i chiar simple.

Inlocuirea totala a articulatiei de sold

ntr-o nlocuire de old,osul din partea superioar a piciorului, sau femurul, este separat din priza de old, i capul avariat este eliminat (A). Un alezor este folosit pentru a preg ti o priz pentru protez (B). O pila este utilizata pentru a crea un tunel n femur pentru stemul femural (aka protez ) (C). Proteza de old i priza se cimenteaza n loc ( i, op ional, stem femural) (D) i, n final conectat (E).

Soldul Birmingham in situ indicat intr-o radiografie

Protez de old Birmingham refacuta de Midland Medical Technologies

Tipuri de Biomateriale utilizate pentru proteza de nlocuire a olduluiStem femural:Aliaje Co-Cr 316L nu mai sunt folosite Bila Femurala:Alumina, Zirconia Cupa acetabulare (de linie):Aliaje Co-Cr, Alumina Cupa acetabulare (suport):Aliaje Co-Cr sau niciunul Securizarea si fixarea tijei i Cupa Back: - Prin presare - Prin cementare

Inlocuirea articulatiei genunchiului: totala sau partiala

Proteza totala de genunchi

Proteza partiala de genunchi

Femur Peroneu Tibie

Inlocuirea articulatiei genunchiuluiArticulatia s n toasa a genunchiului uman este, de asemenea, c ptu it cu cartilaj articular. Artrita i a prejudiciul pot afecta n mod similar acest strat protector de cartilaj si poate provoca durere extrem . Proteza uzata

Genunchi sanatos Artrita la genunchiComponenta femurala

Polietilena de inalta densitate

Componenta tibiei

Tipuri de Biomateriale utilizate pentru inlocuirea protezei de genunchiComponenta femurala: - Aliaje Co-Cr Componenta tibiei: - Aliaje de Ti (ASTM F136) - Aliaje Co-Cr Securizarea sau fixarea tijei i Cupa Back:Polietilena

Componenta femurala

- Prin presare - Prin cementare

Componenta tibiei

Materialele folosite pentru nlocuirea articulatilor totale si proprietatile mecaniceDensitate (g/cm3)Alumina (ASTM F603-78) stabilizata cu 3 mol Y2O3% granula ie = 4 microni Zirconiu stabilizata cu 3 mol Y2O3% granula ie = 0.6 microni

Duritate, Mohs 9

modul de elasticitate (GPA) 380

Rezistenta la flexiune (MPa) >400

3.8-3.9

5.95 Densitate (g/cm3)

6.5

190 modul de elasticitate (GPA) 210 232 232

1000 Rezistenta la flexiune (MPa) 655 1210 1800 900 39-48 90-130 10-20 Alungirea la rupere% 8% 50% 8% 14% 350-525 1-3% 5-7%

Haynes-Stellite 21 sau ASTM F75 Cast Co-Cr-Mo ASTM-F562 sau MP35N forjat Co-Ni-Cr-Mo-Ti, ASTM-F562 sau MP35N forjat Co-Ni-Cr-Mo-Ti, lucrat la rece

8.3 ~9.2 ~9.2 4.5 0.94

Ti-6Al-4V sau ASTM F136 recoaptUHMWPE Os cortical Os spongios

1140.7 17 - 24 0.1 - 4.5

Implanturi spinale

A. CFR-PEEK (fibra de carbon armat). B. Radiografia lateral CFR-PEEK.

VA MULTUMIM PENTRU ATENTIE!