Biomateriale metalice si implante utilizate

in chirurgia ortopedica

Bucia Nicolae-AurelianChirea Sorin-GabrielZangor Bogdan-Nicolae

Profesor coordonator:Ş.L.drd.ing. ANTONIAC Iulian Vasile

Cuprins:

Biomateriale metalice. Ţesutul 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. Ţesutul osos

Biomaterial: un material care poate funcţiona ca un întreg sau parte a unui dispozitiv pentru a trata, asista, repara sau să înlocuiască un ţesut, organ, sau în funcţie de organism.

Scheletul unui om adult obişnuit are 206 oase legate cu ligamente şi tendoane şi este compus din oase lungi, oase scurte şi oase plate.

Tesutul osos este un tesut conjuctiv mineralizat.

Oasele sunt organe formate din ţesut osos, precum şi măduva, vase de sânge, epiteliu si nervi.

Tipuri de tesut osos

Osul trabecular:

spongios: format din trabecule individuale Os cortical (sau "os compact"): reprezintă

aproape 80% din masa scheletului

Cortical

Spongios

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 şi eliberearza calciu,

magneziu, si ionii fosfati, care combină chimic si sa se intareasc în matricea în hidroxiapatita [Ca5 (Po4) 3OH]: ţesutului conjunctiv mineralizat

Fibra decolagen

Spongios

Cartilaj Molecule de colagen

Fosfat de Calciu(Cristale de Hidroxiapatita)

Fibra de colagen

Fibre de colagen

Epifiza

Epifiza

Diafiza

Cartilaj articular

Cartilaj articular

Linia epifizei

Os spongios

Cavitatea madulara

Nutrient feramen

Endostem

Periost

Os spongios

Cavitatea madulara

Os compact

Linia epifizei

Repararea oaselor lungi

Ţesutul osos suferă de regenerare spontană şi remodelare.

Scopul tratamentului fracturilor de oase lungi: - stabilizarea fracturii (previn mişcarea excesive între

fragmente osoase) şi pentru a permite regenerarea osoasă / remodelare.

Non-chirurgicale: Chirurgical:Fixarea fracturilor externe: - a nu se deschide partea fracturata - fragmente de oase sunt ţinute împreună de ace prin

piele pe scheletul structural şi susţinută de bare externe.

Fixarea fracturilor interne: - se deschide partea fracturata - fragmentele de oase sunt deţinute împreună de

cabluri, şuruburi, plăci, şi / sau dispozitive intramedulare

Dispozitive externe de fixare

Dispozitive de fixare interna

Cuie si tije Placi si cuieBrose

Şuruburi, placa si sarme cerclaj

BIOMATERIALE metalice pentru dispozitive de fixare interna

Material Proprietati Aplicatii

SS 316L Cost scazut sârmă chirurgicala, PIN, plăci, şuruburi, cuie IM

Aliaje de Ti Cost ridicat sârmă chirurgicala, plăci, şuruburi, cuie IM

Aliaje de Co-Cr

(Fasonat)

Cost ridicatDe înaltă densitate şi modul

sârmă chirurgicala, IM cuie

Placi aplicate pe os

Placile osoase sunt fixate cu şuruburi pe os peste fractură Utilizate pentru:

- Locuri unde nu pot fi aplicate în zonele vătămate: astfel de zone sunt zona facială: nas, ochi sau prizele maxilarului.

- Fracturi femurale

- Alte fracturi

Densitate (g/cm3)

modul de elasticitate

(GPA) *

Randament (MPa)

Forţa de tracţiune

(MPa)

Alungirea la rupere%

SS 316L 30% lucrat

la rece

7.9 190 690 860 12%

Ti-6Al-4V sau ASTM

F136 recoaptă

4.5 114 830 900 14%

PLLA 1.3 2.7 - 50 5-10%

Densitate (g/cm3)

modul de elasticitate

(GPA) *

Rezistenta la

compresiune (MPa)

Forţa de tracţiune

(MPa)

Alungirea la rupere%

Os cortical ~2 17-24 100-230 90-130 1-3%

Os spongios

~1 0.1-4.5 2-12 10-20 4-7%

Proprietati mecanice ale biomaterialelor si osului

Proteza totala de sold

Articulaţia şoldului este cea mai mare articulatie.Articulatia soldului este căptuşita cu cartilajului articular:un strat de tesut, care oferă o frecare redusă şi amortizoare de şocuri. Artrita şi prejudiciul pot deteriora acest strat protector de cartilaj, cauzând durere extremă pentru un pacient care desfăşoară activităţi chiar simple.

Inainte Dupa

Cupa acetabulara

Insertie de polietilena

Cap femuralmetalic

Stem femural

Cupa acetabulara

Insertie de ceramica

Cap femuralceramic

Stem femural

Inlocuirea totala a articulatiei de sold

Într-o înlocuire de şold,osul din partea superioară a piciorului, sau femurul, este separat din priza de şold, şi capul avariat este eliminat (A).Un alezor este folosit pentru a pregăti o priză pentru proteză (B).O pila este utilizata pentru a crea un tunel în femur pentru stemul femural (aka proteză) (C). Proteza de şold şi priza se cimenteaza în loc (şi, opţional, stem femural) (D) şi, în final conectat (E).

Soldul Birmingham in situ indicat intr-o radiografie

Proteză de şold Birmingham refacuta de Midland Medical TechnologiesTipuri de Biomateriale utilizate pentru proteza de înlocuire a

şoldului•Stem 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 şi Cupa Back: - Prin presare - Prin cementare

Inlocuirea articulatiei genunchiului: totala sau

partiala

Femur

Peroneu

Tibie

Proteza totala de genunchi Proteza partiala de genunchi

Inlocuirea articulatiei

genunchiului

Articulatia sănătoasa a genunchiului uman este, de asemenea, căptuşit cu cartilaj articular. Artrita şi a prejudiciul pot afecta în mod similar acest strat protector de cartilaj si poate provoca durere extremă.Proteza uzata

Genunchi sanatos

Artrita la genunchi

Componenta femurala

Polietilena deinalta densitate

Componenta tibiei

Componenta femurala

Polietilena

Componenta tibiei

Tipuri de Biomateriale utilizate pentru Tipuri de Biomateriale utilizate pentru inlocuirea protezei de genunchiinlocuirea protezei de genunchi

Componenta femurala: - Aliaje Co-CrComponenta tibiei: - Aliaje de Ti (ASTM F136) - Aliaje Co-Cr

Securizarea sau fixarea tijei şi Cupa Back:

- Prin presare- Prin cementare

Densitate (g/cm3)

Duritate, Mohs

modul de elasticitate (GPA)

Rezistenta la flexiune (MPa)

Alumina (ASTM F603-78) stabilizata cu 3 mol Y2O3% granulaţie = 4 microni

3.8-3.9 9 380 >400

Zirconiu stabilizata cu 3 mol Y2O3% granulaţie = 0.6 microni

5.95 6.5 190 1000

Densitate (g/cm3)

modul de elasticitate (GPA)

Rezistenta la flexiune (MPa)

Alungirea la rupere%

Haynes-Stellite 21 sau ASTM F75 Cast Co-Cr-Mo

8.3 210 655 8%

ASTM-F562 sau MP35N forjat Co-Ni-Cr-Mo-Ti,

~9.2 232 1210 50%

ASTM-F562 sau MP35N forjat Co-Ni-Cr-Mo-Ti, lucrat la rece

~9.2 232 1800 8%

Ti-6Al-4V sau ASTM F136 recoaptă

4.5 114 900 14%

UHMWPE 0.94 0.7 39-48 350-525

Os cortical 17 - 24 90-130 1-3%

Os spongios 0.1 - 4.5 10-20 5-7%

Materialele folosite pentru înlocuirea Materialele folosite pentru înlocuirea articulatilor totale si proprietatile mecanicearticulatilor totale si proprietatile mecanice

Implanturi spinale

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

VA MULTUMIM PENTRU ATENTIE!