RU2708781C1 - Ячеистая структура имплантата - Google Patents
Ячеистая структура имплантата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708781C1 RU2708781C1 RU2019113476A RU2019113476A RU2708781C1 RU 2708781 C1 RU2708781 C1 RU 2708781C1 RU 2019113476 A RU2019113476 A RU 2019113476A RU 2019113476 A RU2019113476 A RU 2019113476A RU 2708781 C1 RU2708781 C1 RU 2708781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hollow cylinders
- axes
- cylinders
- implant
- cellular structure
- Prior art date
Links
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 title claims abstract description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 3
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 3
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 3
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000007620 mathematical function Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- -1 titanium-aluminum-vanadium Chemical compound 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000007734 materials engineering Methods 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000756 V alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и предназначено для использования при изготовлении, с помощью аддитивных технологий, имплантатов предпочтительно из титановых сплавов. Выполняют имплантат, имеющий ячеистую структуру. Ячеистая структура имплантата выполнена в виде объемной решетки с расположением узлов на поверхности пространственных фигур, соединенных перемычками. При этом пространственными фигурами являются полые цилиндры, имеющие толщину стенки, а перемычки представляют собой зоны соприкосновения полых цилиндров по их наружной поверхности, полые цилиндры расположены рядами, при этом в двух соседних рядах оси полых цилиндров ортогональны друг другу. Зоны соприкосновения являются точками соприкосновения либо распространяются на толщину стенки полых цилиндров либо на часть толщины стенок полых цилиндров. Оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, совпадают с осями цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда. Оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, могут быть смещены относительно осей цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда, на величину половины расстояния между полыми цилиндрами. Ячеистая структура выполнена из титана или титанового сплава. Способ выполнения имплантата за счет обеспечения поперечной устойчивости и уменьшения уровня жесткости позволяет улучшить упругие характеристики ячеистой структуры имплантатов. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии.
Известны конструкции имплантатов, применяемых в травматологии и ортопедии, представляющие собой стержневые системы и изготовленные из титана или титановых сплавов методом литья [1] или прокатки [2]. Они применяются, в основном, для протезирования коленных суставов. Структура титанового литья или проката представляет собой сплошной (беспористый) металл, получаемый методом отливки в печах вакуумно-дугового переплава и последующей обработкой давлением, включая прессование, ковку и прокатку, а при необходимости и горячую объемную штамповку [3].
Недостатком упомянутых структур имплантатов является отсутствие пор, которые могут выполнять несколько функций. Во-первых, наличие пор снижает массу имплантата, приближая ее к массе костного материала. Во-вторых, определенная архитектура расположения пор позволяет обеспечить улучшение совместимости с костью за счет прорастания костной ткани в поровое пространство. В-третьих, пористые структуры обеспечивают более приемлемый для имплантатов уровень физико-механических свойств: упругости, демпфируемости и т.д. [4].
Такой недостаток устранен в других технических объектах, которые представляют собой пористые структуры, создаваемые тем или иным способом. Наиболее часто применяемым материалом для изготовления имплантатов является титан, а простейшей пористой средой в этом случае является титановая губка [5]. Однако при применении такой пористой среды возникает большая неравномерность распределения плотности. Поэтому в других технических решениях предлагалось упорядочить распределение плотности за счет создания пространственных фигур [6], которые в большей мере соответствовали требованиям хирургической практики [7,8].
Патентами US 2017252165 [9] и RU 2576610 [10] предложена группа изобретений, в которой пористая структура имплантата содержит ряд ветвей, причем каждая ветвь имеет первый конец, второй конец и непрерывное удлиненное тело между указанными первым и вторым концами, причем указанное тело имеет толщину и длину; и содержит ряд узлов, причем каждый узел содержит пересечение одного из концов первой ветви с телом второй ветви, при этом в каждом узле пересекаются не более двух ветвей. Имплантат такой конструкции имеет тем самым открытую пористость, т.е. все его поры сообщаются с внешней средой либо сами по себе, либо через соседние поры.
Пористые структуры имплантатов неоднократно усложнялись различными методами. Патентами [11, 12] предусмотрено создание хирургического имплантата, обеспечивающего улучшение совместимости с костью и/или устойчивости к износу. Имплантат состоит из поверхностной и центральной областей. При этом доля объема пор в пределах пористой поверхностной области составляет от 20 до 50%. Поры взаимно соединены и, по существу, равномерно распределены в пределах пористой поверхностной области. По меньшей мере некоторые из пор имеют размер в диапазоне от 100 до примерно 750 мкм. Пористая поверхностная область имеет толщину по меньшей мере примерно 1 мм, а предпочтительно - от примерно 2 до примерно 5 мм. Различные области в пределах пористой поверхностной области имеют различное распределение размеров пор и/или различную долю объема пор, так что в пределах пористой поверхностной области существует градиент размеров пор и/или доли объема пор. Область сердцевины имеет плотность от 0,7 до 1,0 от теоретической плотности. Область сердцевины и/или пористая поверхностная область выполнены из титана, титана коммерческой чистоты, нержавеющей стали, сплавов на основе титана, титан-алюминий-ванадиевых сплавов, титан-алюминий-ниобиевых сплавов или сплавов на основе кобальта-хрома. Область сердцевины и/или пористая поверхностная область выполнены из сплавов Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Stellite 211 или нержавеющей стали 316L.
В соответствии с патентом US 7674426 [13] пористая биосовместимая металлическая деталь (ортопедический имплантат) содержит металлическую матрицу с порами и извлекаемым другим материалом. Извлекаемый материал удаляют перед спеканием первого порошкового металла. В конечном варианте изготовления пористость составляет от 50% до 90%. Недостатком аналога является нерегулярный вид пор и неравномерно распределенная пористость.
По патенту US 2011125284 [14] имплантат имеет пористую часть, которая определяется множеством твердых областей, где присутствует материал, и оставшейся множественностью областей пор, где материал отсутствует, местоположения, по меньшей мере, большей части множественности твердых областей определяется одной или несколькими математическими функциями. Характер пористой части может быть систематически изменен путем изменения одной или нескольких констант в математических функциях, а часть выполняется процессом изготовления твердых свободных форм. С помощью упомянутых математических функций имплантат может быть представлен как ячеистое тело, узлы которого входят в состав стереографических многоугольников, повторяющих кристаллические решетки, например, алмаза.
Исследователи из голландских организаций (Faculty of Mechanical, Maritime and Materials Engineering, Delft University of Technology (TU Delft), Department of Orthopedics and Department of Rheumatology, University Medical Center Utrecht, Department of Metallurgy and Materials Engineering, KU Leuven) опубликовали результаты изучения аддитивно изготовленных пористых биоматериалов с открытой пористостью и порами, изготовленными из шести типов ячеек и определили их механические и морфологические свойства [15]. Эти типы ячеек: усеченный куб, усеченный кубооктаэдр, ромбокубооктаэдр и ромбический додекаэдр. Изменение формы элементарной ячейки позволяет регулировать уровень физико-механических характеристик, в том числе, модуля упругости. Таким образом, разработка новых структур пористых имплантатов ведется по пути изменения конфигурации ячеистого строения. Недостатком известных технических решений является создание такой архитектуры ячеек, для которых характерна открытая пористость. Из-за этого упругость имплантата зависит только от упругости системы ячеек и от упругости материала, из которого они изготовлены.
Геометрия пор и перемычек между ними подвергалась рационализации, что изложено в публикациях [16-19].
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому объекту является объект, описанный в источнике [20]. Ячеистая структура имплантатов выполнена в виде объемной решетки с расположением узлов на поверхности пространственных фигур, соединенных перемычками. Пространственной фигурой в данном случае является куб, в котором узлы соединены стержнями, а внутри куба конструкционный материал отсутствует. Стороной куба является квадрат. Это позволяет создать материал с малой плотностью и достаточно малым модулем упругости. Набор пространственных фигур выполнен методом электроннолучевого последовательного наплавления, являющегося одним из способов аддитивных технологий.
Изготовление пространственной фигуры в виде стержневых систем имеет один недостаток, который хорошо известен в строительстве. Грань куба представляет собой квадрат, а квадрат в отличие от круга легко теряет устойчивость и его можно превратить под воздействием даже небольшого сдвигового усилия в ромб. Этого нельзя сделать для фигур типа окружности: при силовом сдвиговом воздействии форма окружности сохраняется. Недостатком прототипа является слабое сопротивление сдвиговым усилиям и возможность потери поперечной устойчивости.
Вместе с тем, если рассмотреть понятие кольцевой жесткости, то окажется что большая жесткость при равных размерах окажется как раз у формы квадратного сечения. Это является негативным признаком, так как понятие кольцевой жесткости связано с понятием упругости, а она должна быть уменьшена. Недостатком прототипа также является высокий уровень жесткости.
Поэтому предпочтительным вариантом изготовления несущей конструкции является применение простейших плоских фигур в виде окружности, а при наличии толщины стенки у окружности, она превращается в кольцо. Соответственно, в объемном отображении кольцевое поперечное сечение имеет полый цилиндр. Не случайно, в строительстве полые цилиндры в виде бетонных труб или их образующих сегментов являются несущими конструкциями подземных коммуникаций: тоннелей метрополитена, путепроводов, водопроводов и т.д. Геометрически полый цилиндр обладает определенными степенями свободы для возможности регулирования свойств: прочности и пористости конструкции. Увеличивая толщину стенки полого цилиндра можно повышать прочность, а уменьшая толщину стенки можно увеличивать пористость, а также демпфирующие свойства за счет понижения модуля упругости конструкции.
Для оценки демпфирующей способности в различных стандартах вводятся различные показатели. Так, для полых цилиндрических конструкций введено понятие кольцевой жесткости, для которой разработаны методы определения и управления [21].
При промышленном использовании цилиндрических полых конструкций стремятся обычно обеспечить больший уровень кольцевой жесткости, что обусловлено желанием не допустить больших деформаций при эксплуатации этих конструкций.
Однако при изготовлении имплантатов ставится обратная задача: обеспечить пониженную жесткость, что улучшает демпфируемость. Именно поэтому стараются уменьшить модуль упругости имплантата, чтобы приблизить его значение к модулю упругости костной ткани.
Кольцевая жесткость (ring stiffness) определяется формулой
где Еo - модуль упругости материала, из которого изготовлена конструкция; I - момент инерции на единицу длины; с - характерный размер сечения трубы.
Из этой формулы видно, что кольцевая жесткость пропорциональна модулю упругости и моменту инерции. Это позволяет, в частности, оценить упругость самой конструкции, опираясь на модуль упругости материала и конфигурацию системы [22].
Следует рассмотреть моменты инерции тел, имеющих форму полого цилиндра и полой призмы квадратного сечения.
Момент инерции определяется по формулам:
Для кольцевого круглого сечения Ir=π(D4 - d4)/64=0,049 (D4 - d4).
Для полого квадратного сечения Is=(В4 - b4)/ 12=0,083 (В4 - b4),
здесь D и d - наружный и внутренний диаметры; В и b - соответственно, стороны квадратов, описывающих наружную и внутреннюю поверхности профиля (прототип).
Можно приравнять габариты круглого и квадратного сечений: В=D и b=d. Тогда Is/Ir=0,083 / 0,049=1,7.
Если обратиться к формуле (1), то окажется, что кольцевая жесткость круглого сечения окажется в 1,7 раза меньше такого же по внешним габаритам квадратного сечения.
Как было показано выше, кольцевая жесткость круглого сечения окажется в 1,7 раза меньше такого же по внешним габаритам квадратного сечения, свойственного прототипу.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение уровня поперечной устойчивости и уменьшение уровня жесткости при улучшении упругих свойств ячеистой структуры имплантатов.
Технический результат заключается в улучшении упругих характеристик ячеистой структуры имплантатов.
Технический результат достигается тем, что ячеистая структура имплантата выполнена в виде объемной решетки с расположением узлов на поверхности пространственных фигур, соединенных перемычками. Она отличается тем, что пространственными фигурами являются полые цилиндры, имеющие толщину стенки, а перемычки представляют собой зоны соприкосновения полых цилиндров по их наружной поверхности, полые цилиндры расположены рядами, при этом в двух соседних рядах оси полых цилиндров ортогональны друг другу.
Технический результат достигается также тем, что что зоны соприкосновения в поперечных сечениях полых цилиндров являются точками соприкосновения и распространяются на толщину стенки полых цилиндров.
Технический результат достигается также тем, что зоны соприкосновения распространяются на часть толщины стенок полых цилиндров.
Технический результат достигается также тем, что оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, совпадают с осями цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда.
Технический результат достигается также тем, что оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, смещены относительно осей цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда на величину половины расстояния между полыми цилиндрами.
Технический результат достигается также тем, что ячеистая структура имплантата выполнена из титана или титанового сплава.
Как было отмечено выше, полые цилиндры обладают лучшими упругими характеристиками, чем пересечения в виде полых квадратов. Размещение полых цилиндров в ортогональных рядах позволяет выровнять уровень свойств в сечении имплантата: они становятся одинаковыми по ширине и длине.
Наличие зон соприкосновения позволяет обеспечить соединение рядов цилиндров и обеспечить целостность конструкции.
В одном из вариантов зоны соприкосновения в поперечных сечениях полых цилиндров являются точками соприкосновения. У этого варианта есть положительное свойство: здесь достигается наименьшая плотность конструкции в целом, что приводит к меньшему значению модуля упругости системы. Точечное соединение допустимо при изготовлении узлов и деталей, что доказывается применением метода точечной сварки.
В другом варианте зоны соприкосновения распространяются на толщину стенки полых цилиндров. Этот вариант позволяет получить большую прочность соединения рядов, так как точечный контакт заменяется на объемный.
В третьем варианте зоны соприкосновения распространяются на часть толщины стенок полых цилиндров. Этот вариант позволяет реализовать полезные признаки первого и второго вариантов.
Следует отметить, что каналами для прорастания живой ткани являются как полости цилиндров, так и промежутки между внешними поверхностями полых цилиндров, что является дополнительным положительным свойством.
Оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, совпадают с осями цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда. Это позволяет передавать нагрузку вдоль ряда полых цилиндров при отсутствии напряжений изгиба в ортогональном ряду.
В другом варианте оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, смещены относительно осей цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда на величину половины расстояния между полыми цилиндрами. Это позволяет частично перераспределить нагрузку в соседних рядах.
В настоящее время металлические имплантаты стараются изготавливать из материалов, биологически совместимых с организмом человека. Поэтому предлагаемая пористая структура для медицинских имплантатов предпочтительно выполнена из титана или титанового сплава.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой ячеистой структуры при наличии точечных контактов между рядами, на фиг. 2 показан вариант распространения контакта на объемные зоны на толщину стенки полых цилиндров. Фиг. 3 иллюстрирует вариант соприкосновения двух полых цилиндров при частичном пересечении их наружных поверхностей. На фиг. 4 отображено смещение рядов на величину половины расстояния между отдельными полыми цилиндрами.
Предлагаемая ячеистая структура имплантатов выполнена в виде объемной решетки с расположением узлов на поверхности пространственных фигур и соединенных перемычками (фиг. 1). Пространственными фигурами являются полые цилиндры 1, имеющие толщину стенки, а перемычки представляют собой зоны (точки) соприкосновения Z и W полых цилиндров по их наружной поверхности, полые цилиндры расположены рядами 1-5, при этом в двух соседних рядах, например, 1 и 2, оси полых цилиндров ортогональны друг другу.
На фиг. 1 зоны соприкосновения в поперечных сечениях полых цилиндров являются точками соприкосновения Z и W. Как видно из рисунка, в этом случае площадь соприкосновения оказывается достаточно мала.
Она увеличена в другом варианте исполнения (фиг. 2). Здесь зоны соприкосновения распространяются на толщину стенки полых цилиндров. Если предыдущий вариант мог быть реализован применением метода точечной сварки, то этот вариант может быть реализован применением одним из методов аддитивных технологий. Полые цилиндры расположены рядами 1-5, при этом зоны соприкосновения Z1 и W1 представляют собой не точки, а объемные образования.
В первом варианте исполнения при точечном контакте расстояние между внутренними поверхностями полых цилиндров q равнялось двум толщинам их стенок s, т.е. q=2s. Во втором варианте исполнения q=s. Соответственно есть промежуточный вариант исполнения, в котором s<q<2s. Этот вариант отображен на фиг. 3, стрелка Z2 показывает на частичное перекрытие стенок двух полых цилиндров.
На фиг. 1-3 было показано, что оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, совпадают с осями цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда.
На фиг. 4 показано, что расстояние между полыми цилиндрами равно N, а оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, смещены относительно осей цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда на величину половины расстояния между полыми цилиндрами, то есть смещены на величину N/2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент RU 2397738. Протез сустава из титанового сплава. Заявка: 2007135065/14, 27.02.2006. Опубликовано: 27.08.2010 Бюл. №24. Автор(ы): БАЛИКТАЙ Севки (DE), КЕЛЛЕР Арнольд (DE). Патентообладатель(и): ВАЛЬДЕМАР ЛИНК ГМБХ унд КО. КГ (DE). МПК A61F 2/36.
2. Патент RU 2383654. Наноструктурный технически чистый титан для биомедицины и способ получения прутка из него. МПК C22F 1/18, В82В 3/00. Заявка: 2008141956/02, 22.10.2008. Опубликовано: 10.03.2010. Бюл. №7. Валиев Р.З., Семенова И.П., Якушина Е.Б., Салимгареева Г.X. Патентообладатель: Уфимский государственный авиационный технический университет", ООО "НаноМеТ".
3. Тарасов А.Ф., Алтухов А.В., Шейкин С.Е., Байцар В.А. Моделирование процесса штамповки заготовок имплантатов с применением схем интенсивного пластического деформирования. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2015. №2. С. 139-150.
4. Логинов Ю.Н. Развитие методов математического моделирования пластической деформации металлических пористых сред. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2005. №40. С. 64-70.
5. Логинов Ю.Н., Потапов А.И., Шалаев Н.А. Влияние температуры и скорости деформации на упрочнение титановой губки. Титан. 2012. №3 (37). С. 36-42.
6. Патент RU 2673795. Способ производства пористых имплантатов на основе металлических материалов /Логинов Ю.Н., Попов А.А., Беликов С.В., Степанов С.И. Заявл. 12.04.2017.
7. Гилев М.В., Зверев Ф.Н., Волокитина Е.А., Антониади Ю.В., Беликов С.В., Степанов С.И., Логинов Ю.Н. Аугментация костных внутрисуставных дефектов ячеистыми титановыми остеозамещающими материалами, полученными на базе 3d печати. Экспериментальное исследование. В книге: Травма 2017: мультидисциплинарный подход. Сборник тезисов Международной конференции. 2017. С. 84-85.
8. Гилев М.В., Волокитина Е.А., Логинов Ю.Н., Голодное А.И., Степанов С.И., Антониади Ю.В., Измоденова М.Ю., Зверев Ф.Н. Оптимизация аугментации костных дефектов титановыми ячеистыми имплантатами в оперативной травматологии и ортопедии. Вестник Уральской медицинской академической науки. 2017. Т. 14. №4. С. 435-442.
9. Патент US 2017252165 (А1). Опубл. 2017-09-07. Porous implant structures. SHARP JEFFREY [US]; JANI SHILESH С [US]; GILMOUR LAURA J [US]; LANDON RYAN L [US]. Заявитель(и): SMITH & NEPHEW INC [US] МПК 61F2/28; A61F 2/30. Заявка US 201715603936 20170524
10. Патент RU 2576610. Пористые структуры имплантатов. МПК A61L 27/56. Авторы ШАРП Джеффри (US), ДЖАНИ Шилеш (US), ГИЛМОР Лора (US), ЛЭНДОН Райан (US). Патентообладатель: СМИТ ЭНД НЕФЬЮ, ИНК. (US) Заявка: 2012109229/15, 19.08.2010. Дата публикации заявки: 27.09.2013. Опубл.: 10.03.2016.
11. Патент US 2004243237. Surgical implant. Опубл. 2004-12-02. UNWIN PAUL [GB]; BLUNN GORDON [GB]; JACOBS MICHAEL HERBERT [GB]; ASHWORTH MARK ANDREW [GB]; WU XINHUA [GB]. Заявитель(и): они же и STANMORE IMPLANTS WORLDWIDE LIMITED. МПК A61F 2/28; A61F 2/30; A61F 2/44; A61L 27/00; A61L 27/04; A61L 27/06; A61L 27/56; A61F 2/00. Номер заявки: US 20040486627, 20040622.
12. Патент RU 2305514. Способ изготовления хирургического имплантата (варианты) и хирургический имплантат. Заявка 2004107133/14. МПК: A61F 002/28. Опубликовано: 10.09.2007. Заявитель Стэнмор Имплантс Уорлдвайд ЛТД. Авторы: АНВИН Пол (GB), БЛАНН Гордон (GB), ДЖЕКОБС Майкл Герберт (GB), ЭШВОРТ Марк Эндрю (GB), ВУ Ксинхуа (GB).
13. Патент US 7674426. Porous metal articles having a predetermined pore character. GROHOWSKI JOSEPH А JR [US] Заявитель: PRAXIS POWDER TECHNOLOGY, INC. МПК: B22F 3/11. Опубл. 2010-03-09. Дата приоритета: 2004-07-02.
14. Патент US 2011125284 (А1). Опубл. 2011-05-26. Improvements in or Relating to Joints and/or Implants. GABBRIELLI RUGGERO, TURNER IRENE GLADYS, BOWEN CHRISTOPHER RHYS, MAGALINI EMANUELE. Заявитель(и): они же и UNIVERSITY OF BATH, RENISHAW PLC. МПК: A61F 2/02; A61F 2/30; B23P 17/00. Заявка US 20080994666, 20080908
15. Seyed Mohammad Ahmadi, Saber Amin Yavari, Ruebn Wauthle, Behdad Pouran, Jan Schrooten, Harrie Weinans, Amir A. Zadpoor. Additively Manufactured Open-Cell Porous Biomaterials Made from Six Different Space-Filling Unit Cells: The Mechanical and Morphological Properties. Materials. 2015, V. 8. P. 1871-1896.
16. Loginov Yu.N., Golodnov A.I., Stepanov S.I., Kovalev E.Yu. Determining the Young's modulus of a cellular titanium implant by FEM simulation. AIP Conference Proceedings. 2017. V. 1915. N 030010
17. Loginov Y., Stepanov S., Khanykova E. Effect of pore architecture of titanium implants on stress-strain state upon compression. Solid State Phenomena. 2017. V. 265 SSP. P. 606-610.
18. Loginov Y., Stepanov S., Khanykova C. Inhomogeneity of deformed state during compression testing of titanium implant. MATEC Web of Conferences. 2017. V. 132. N. 03009.
19. Гилев M.B., Волокитина E.A., Логинов Ю.Н., Голоднов А.И., Степанов С.И., Антониади Ю.В., Измоденова М.Ю., Зверев Ф.Н. Оптимизация аугментации костных дефектов титановыми ячеистыми имплантатами в оперативной травматологии и ортопедии. Вестник Уральской медицинской академической науки. 2017. Т. 14. №4. С. 435-442.
20. Yong-Keun Ahn, Hyung-Giun Kim, Hyung-Ki Park, Gun-Hee Kim, Kyung-Hwan Jung, Chang-Woo Lee, Won-Yong Kim, Sung-Hwan Lim, Byoung-Soo Lee. Mechanical and microstructural characteristics of commercial purity titanium implants fabricated by electron-beam additive manufacturing. Materials Letters. V. 187 (2017). P. 64-67.
21. Патент CN 202252397. Light metal tube with high ring stiffness / SHOUSHAN LI; SHUGUANG ZHANG. МПК E21F 7/00; F16L 58/08; F16L 58/10; F16L 9/04. Заявка CN 20112417121 U от 2011.10.21. Опубл. 2012-05-30.
22. Yang С, Wang F., Wang G. Using ring stiffness to calculate the elastic modulus of steel-plastic composite pre-insulated pipe. Advanced Materials Research. 2012. V. 581-582(1). P. 602-605.
Claims (7)
1. Ячеистая структура имплантата, выполненная в виде объемной решетки с расположением узлов на поверхности пространственных фигур, соединенных перемычками, отличающаяся тем, что пространственными фигурами являются полые цилиндры, имеющие толщину стенки, а перемычки представляют собой зоны соприкосновения полых цилиндров по их наружной поверхности, полые цилиндры расположены рядами, при этом в двух соседних рядах оси полых цилиндров ортогональны друг другу.
2. Ячеистая структура имплантата по п. 1, отличающаяся тем, что зоны соприкосновения в поперечных сечениях полых цилиндров являются точками соприкосновения.
3. Ячеистая структура имплантатов по п. 1, отличающаяся тем, что зоны соприкосновения распространяются на толщину стенки полых цилиндров.
4. Ячеистая структура имплантата по п. 1, отличающаяся тем, что зоны соприкосновения распространяются на часть толщины стенок полых цилиндров.
5. Ячеистая структура имплантата по п. 1, отличающаяся тем, что оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, совпадают с осями цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда.
6. Ячеистая структура имплантата по п. 1, отличающаяся тем, что оси полых цилиндров, расположенных в одном ряду, смещены относительно осей цилиндров такого же ряда, расположенного после соседнего ряда, на величину половины расстояния между полыми цилиндрами.
7. Ячеистая структура имплантата по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена из титана или титанового сплава.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113476A RU2708781C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Ячеистая структура имплантата |
| PCT/RU2019/000363 WO2020226530A1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-22 | Ячеистая структура имплантата |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113476A RU2708781C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Ячеистая структура имплантата |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708781C1 true RU2708781C1 (ru) | 2019-12-11 |
Family
ID=69006733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019113476A RU2708781C1 (ru) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Ячеистая структура имплантата |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708781C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020226530A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060241776A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Biomet Manufacturing Corp. | Method and apparatus for use of porous implants |
| WO2011022560A1 (en) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | Smith & Nephew, Inc. | Porous implant structures |
| CN103445883A (zh) * | 2012-06-04 | 2013-12-18 | 合硕生技股份有限公司 | 镂空网架医疗用植入物 |
| WO2014139635A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-18 | Johnson & Johnson Medical Gmbh | Surgical implant |
| RU2673795C2 (ru) * | 2017-04-12 | 2018-11-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ производства пористых имплантатов на основе металлических материалов |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1931401A2 (en) * | 2005-09-09 | 2008-06-18 | University of Arkansas at Little Rock | System and method for tissue generation and bone regeneration |
-
2019
- 2019-05-06 RU RU2019113476A patent/RU2708781C1/ru active
- 2019-05-22 WO PCT/RU2019/000363 patent/WO2020226530A1/ru not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060241776A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-10-26 | Biomet Manufacturing Corp. | Method and apparatus for use of porous implants |
| WO2011022560A1 (en) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | Smith & Nephew, Inc. | Porous implant structures |
| CN103445883A (zh) * | 2012-06-04 | 2013-12-18 | 合硕生技股份有限公司 | 镂空网架医疗用植入物 |
| WO2014139635A1 (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-18 | Johnson & Johnson Medical Gmbh | Surgical implant |
| RU2673795C2 (ru) * | 2017-04-12 | 2018-11-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ производства пористых имплантатов на основе металлических материалов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020226530A1 (ru) | 2020-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mehboob et al. | Finite element modelling and characterization of 3D cellular microstructures for the design of a cementless biomimetic porous hip stem | |
| Ouyang et al. | Hydromechanical mechanism behind the effect of pore size of porous titanium scaffolds on osteoblast response and bone ingrowth | |
| Burton et al. | The design of additively manufactured lattices to increase the functionality of medical implants | |
| Pei et al. | 3D printed titanium scaffolds with homogeneous diamond-like structures mimicking that of the osteocyte microenvironment and its bone regeneration study | |
| Wang et al. | The effect of 3D-printed Ti6Al4V scaffolds with various macropore structures on osteointegration and osteogenesis: A biomechanical evaluation | |
| Han et al. | Effects of the unit cell topology on the compression properties of porous Co-Cr scaffolds fabricated via selective laser melting | |
| Chen et al. | 3D printed porous Ti6Al4V cage: Effects of additive angle on surface properties and biocompatibility; bone ingrowth in Beagle tibia model | |
| Limmahakhun et al. | Stiffness and strength tailoring of cobalt chromium graded cellular structures for stress-shielding reduction | |
| Li et al. | Design of a Haversian system-like gradient porous scaffold based on triply periodic minimal surfaces for promoting bone regeneration | |
| Zhang et al. | Effects of scan line spacing on pore characteristics and mechanical properties of porous Ti6Al4V implants fabricated by selective laser melting | |
| Harrysson et al. | Direct metal fabrication of titanium implants with tailored materials and mechanical properties using electron beam melting technology | |
| Pei et al. | Ti6Al4V orthopedic implant with biomimetic heterogeneous structure via 3D printing for improving osteogenesis | |
| Wang et al. | Electron beam melted heterogeneously porous microlattices for metallic bone applications: Design and investigations of boundary and edge effects | |
| Li et al. | Integrated evaluation of biomechanical and biological properties of the biomimetic structural bone scaffold: Biomechanics, simulation analysis, and osteogenesis | |
| CN103751852A (zh) | 一种三维人工随机多孔结构组织工程支架的制备方法 | |
| CN105877874A (zh) | 仿生设计类骨多孔骨制品及其制备方法和用途 | |
| Spoerke et al. | Titanium with aligned, elongated pores for orthopedic tissue engineering applications | |
| CN112006816B (zh) | 具有混合结构单元的多孔梯度支架及制备方法 | |
| Yang et al. | Design and analysis of three-dimensional printing of a porous titanium scaffold | |
| Dobrzański et al. | Comparative analysis of mechanical properties of scaffolds sintered from Ti and Ti6Al4V powders | |
| Zhao et al. | Ti-6Al-4V lattice structures fabricated by electron beam melting for biomedical applications | |
| RU2708781C1 (ru) | Ячеистая структура имплантата | |
| Ren et al. | A comparative biomechanical study of bone ingrowth in two porous hydroxyapatite bioceramics | |
| RU2708871C1 (ru) | Ячеистая структура имплантатов | |
| Balasubramani et al. | Numerical analysis of porosity effects on mechanical properties for tissue engineering scaffold |