RU2064291C1 - Osteosynthesis wire and method of its manufacture - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: osteosynthesis wire has a metal body of titanium alloy with a layer of hardened titanium characterized by elongation of less than 7% and breaking strength within 1000-1300 MPa, while an external layer of titanium oxides for imparting bioinertness and/or electrical controllability of osteosynthesis processes to the wire. The method of wire manufacture consists in the fact that wire of titanium alloy is subjected to forging with simultaneous rotation for hardening. Then the wire is cut into separate metal sections and oxidized them in electrolyte containing sulfuric and phosphoric acids. EFFECT: improved quality. 5 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к хирургическим инструментам, а более точно касается спиц для остеосинтеза и способов их изготовления. Изобретение может применяться для ведения хирургических операций, в том числе репозиции и фиксаций костных отломков, их компрессии или дисфакции в травматологий и ортопедии. The invention relates to surgical instruments, and more specifically relates to knitting needles for osteosynthesis and methods for their manufacture. The invention can be used for surgical operations, including reposition and fixation of bone fragments, their compression or disfaction in traumatology and orthopedics.

Известна спица для остеосинтеза, содержащая металлическое тело, соприкасающееся с биологическими тканями и выполненное из металла, коэффициент относительного расширения которого не превышает 7%
Известен способ изготовления спицы для остеосинтеза, заключающийся в том, что из металлической заготовки изготавливают полуфабрикат. В основу изобретения положена задача создать спицу для остеосинтеза и способ ее изготовления, которые позволяли бы наносить биоинерционное покрытие на всю поверхность спицы за счет изменения материала, из которого спица изготавливается.Known needle for osteosynthesis, containing a metal body in contact with biological tissues and made of metal, the coefficient of relative expansion of which does not exceed 7%
A known method of manufacturing knitting needles for osteosynthesis, which consists in the fact that a semi-finished product is made from a metal billet. The basis of the invention is the task of creating a spoke for osteosynthesis and a method for its manufacture, which would allow applying a bioinertial coating on the entire surface of the spoke by changing the material from which the spoke is made.

Технический результат достигается за счет того, что в спице для остеосинтеза, содержащей металлическое тело, соприкасающееся с биологическими тканями и выполненное из металла, коэффициент относительного расширения которого не превышает 7% металлическое тело выполнено из сплава титана, имеет вязкую сердцевину, внутренний слой из упрочненного сплава титана и внешний диэлектрический спой из оксидов титана и имеет прочность на разрыв 1000 1300 МПа. Внешний диэлектрический слой, предназначенный для придания спице биоинертности по отношению к соприкасающимся со спицей биологическим тканям и/или электрорегулируемости биологических процессов остеосинтеза, имеет электрическое сопротивление более 1 Мом. Толщина слоя упрочненного сплава титана менее 0,75 радиуса поперечного сечения спицы. The technical result is achieved due to the fact that in the spoke for osteosynthesis containing a metal body in contact with biological tissues and made of metal, the coefficient of relative expansion of which does not exceed 7%, the metal body is made of titanium alloy, has a viscous core, the inner layer of hardened alloy titanium and an external dielectric spike of titanium oxides and has a tensile strength of 1000 1300 MPa. The external dielectric layer, designed to impart bioinertness to the spoke with respect to biological tissues in contact with the spoke and / or electrically adjustable biological processes of osteosynthesis, has an electrical resistance of more than 1 Mom. The thickness of the layer of hardened titanium alloy is less than 0.75 of the radius of the cross section of the spokes.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления спицы для остеосинтеза, заключающемся в том, что из металлической заготовки изготавливают полуфабрикат, используют заготовку из сплава титана в виде проволоки, упрочняют ее, совмещая при этом операцию механической проковки и вращение проволоки, затем разрезают и формируют на полученной спице внешний диэлектрический слой путем оксидирования в электролите, содержащем серную и ортофосфорную кислоты. Электролит содержит: 1-20 мас. серной кислоты, 20-40 мас. ортофосфорной кислоты, остальное вода. The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing knitting needles for osteosynthesis, which consists in the fact that a semi-finished product is made from a metal billet, a titanium alloy billet is used in the form of a wire, it is strengthened, combining the operation of mechanical forging and rotation of the wire, then cut and form an outer dielectric layer on the resulting spoke by oxidation in an electrolyte containing sulfuric and phosphoric acid. The electrolyte contains: 1-20 wt. sulfuric acid, 20-40 wt. phosphoric acid, the rest is water.

На чертеже представлен поперечный разрез спицы. The drawing shows a cross section of a spoke.

Спица для остеосинтеза содержит металлическое тело 1 из сплава титана, которое соприкасается с биологическими тканями. Тело 1 имеет вязкую сердцевину 2, слой 3 из упрочненного сплава титана и наружный слой 4 из оксидов титана. Упрочненный сплав титана слоя 3 имеет следующие характеристики: относительное удлинение менее 7% прочность на разрыв 1000-1300 МПа. При относительном удлинении материала слоя 3 более 7% спицу практически нельзя применять, так как спица удлиняется и снижается ее способность нести весовую нагрузку при использовании ее для остеосинтеза. Если прочность на разрыв меньше 1000 МПа, спица непрочная и рвется,если прочность на разрыв больше 1300 MПа, то это, как правило, связано с увеличением ее хрупкости, что приводит к ее поломке. Толщина слоя 3 выбирается меньше 0,75 радиуса поперечного сечения спицы, что вызвано необходимостью обеспечить прочность спицы на разрыв в необходимом интервале значений. Для придания спице биоинертности по отношению к биологическим тканям и/или электрорегулируемости биологических процессов остеосинтеза предназначен наружный спой 4, имеющий толщину, обеспечивающую электрическое сопротивление более 1 Мом. При толщине слоя менее 1 Мом, при которой возникает электрическое сопротивление, спицу использовать нельзя, так как она не биоинертна. Наружный слой 4 состоит из оксидов титана. A needle for osteosynthesis contains a metal body 1 made of an alloy of titanium, which is in contact with biological tissues. The body 1 has a viscous core 2, a layer 3 of hardened titanium alloy and an outer layer 4 of titanium oxides. The hardened titanium alloy layer 3 has the following characteristics: elongation of less than 7% tensile strength 1000-1300 MPa. With a relative elongation of the material of the layer 3 of more than 7%, the spoke cannot practically be used, since the spoke lengthens and its ability to bear a weight load decreases when using it for osteosynthesis. If the tensile strength is less than 1000 MPa, the spoke is fragile and breaks, if the tensile strength is more than 1300 MPa, then this is usually associated with an increase in its fragility, which leads to its breakage. The thickness of the layer 3 is chosen less than 0.75 of the radius of the cross section of the spoke, which is caused by the need to ensure the tensile strength of the spoke in the required range of values. In order to impart bioinertness to the spoke with respect to biological tissues and / or to electrically regulate biological processes of osteosynthesis, an external spay 4 having a thickness providing an electrical resistance of more than 1 Mom is intended. With a layer thickness of less than 1 MΩ, at which electrical resistance occurs, the spoke cannot be used, since it is not bioinert. The outer layer 4 is composed of titanium oxides.

Спицу изготавливают следующим образом. The needle is made as follows.

Проволоку из сплава титана предварительно упрочняют любым известным механическим образом, пригодным для титана, до достижения следующих характеристик: прочность на разрыв 1000-1300 МПа, относительное удлинение менее 7% Наибольший эффект достигается при совмещений операции механической проковки проволоки и ее вращении. Затем проволоку разрезают на отдельные металлические элементы, которые оксидируют в электролите, содержащем серную и ортофосфорную кислоты при следующем сочетании, мас. The titanium alloy wire is pre-hardened by any known mechanical method suitable for titanium until the following characteristics are achieved: tensile strength of 1000-1300 MPa, elongation of less than 7%. The greatest effect is achieved when the mechanical forging of the wire and its rotation are combined. Then the wire is cut into individual metal elements that are oxidized in an electrolyte containing sulfuric and phosphoric acid in the following combination, wt.

серная кислота 1 20
ортофосфорная кислота 20 40
вода остальное
Использование для оксидирования только ортофосфорной кислоты не позволяет получить требуемые электрические параметры спицы. Если количество серной кислоты превышает 20 мас. ее применение крайне затруднено из-за высокой активности. При использовании электролита, в котором количество ортофосфорной кислоты менее 20 мас. не позволяет достичь необходимой прочности покрытия, а увеличение количества ортофосфорной кислоты до значений, превышающих 140 мас. бесполезно, так как не улучшает качества покрытия
Электролит готовят путем растворения в депонизированной воде необходимого количества ортофосфорной кислоты и добавления серной кислоты.sulfuric acid 1 20
phosphoric acid 20 40
water rest
The use of only phosphoric acid for oxidation does not allow to obtain the required electrical parameters of the spokes. If the amount of sulfuric acid exceeds 20 wt. its use is extremely difficult due to its high activity. When using an electrolyte in which the amount of phosphoric acid is less than 20 wt. does not allow to achieve the required coating strength, and an increase in the amount of phosphoric acid to values exceeding 140 wt. useless, as it does not improve the quality of the coating
The electrolyte is prepared by dissolving the required amount of phosphoric acid in deposited water and adding sulfuric acid.

Процесс оксидирования проводят в режиме микродугового анодирования при напряжении 100-400 В, при токе порядка 40 А (начальная плотность тока 0,5-1 А/дм²) в течение приблизительно 3,5 мин с использованием молибденовых анодов. Для этого отдельные металлические элементы предварительно обезжиривают. Полученные элементы с покрытием промывают в проточной воде, сушат горячим воздухом, после чего подвергают контролю их электрические параметры, например электрическое сопротивление, которое измеряют любым известным образом. В таблице приведены результаты осуществления рассматриваемого способа изготовления спиц.The oxidation process is carried out in the microarc anodizing mode at a voltage of 100-400 V, at a current of about 40 A (initial current density of 0.5-1 A / dm ² ) for approximately 3.5 minutes using molybdenum anodes. For this, individual metal elements are previously degreased. The obtained coated elements are washed in running water, dried with hot air, and then their electrical parameters are monitored, for example, electrical resistance, which is measured in any known manner. The table shows the results of the implementation of the considered method of manufacturing knitting needles.

Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что при осуществлении оксидирования так, как было рассмотрено выше, достигается электрическое сопротивление наружного слоя спицы такой величины, что можно считать его диэлектрическим, а следовательно, спица благодаря покрытию становится биоинертной. Наружный слой 4 из оксидов титана позволяет благодаря биоинерционности резко сократить травматичность проводимого лечения, а благодаря электрорегулируемости биологических процессов управлять остеосинтезом, ускоряя его. Чаще всего применяют спицы, имеющие наружный диаметр 2 мм и толщину слоя 3, составляющую 0,7 величины диаметра, т.е. 1,4 мм. An analysis of the results given in the table shows that when oxidizing is carried out as described above, the electrical resistance of the outer layer of the spoke is of such a magnitude that it can be considered dielectric, and therefore, the spoke becomes bioinert due to the coating. The outer layer 4 of titanium oxides makes it possible to sharply reduce the invasiveness of the treatment due to bioinertia, and to control osteosynthesis, accelerating it due to the electrically adjustable biological processes. Most commonly used are needles having an outer diameter of 2 mm and a layer thickness of 3, which is 0.7 times the diameter, i.e. 1.4 mm.

Данная спица для остеосинтеза обеспечивает совокупность механических свойств для несения силовой нагрузки в аппаратах компрессионно-дистракционного типа при допустимых изменениях линейного размера, биоинертных и биоактивных свойств для интенсификации процесса остеосинтеза при одновременном снижении побочных эффектов. This needle for osteosynthesis provides a set of mechanical properties for bearing power load in compression-distraction type devices with allowable changes in linear size, bioinert and bioactive properties to intensify the process of osteosynthesis while reducing side effects.

Claims (5)

1. Спица для остеосинтеза, содержащая металлическое тело, соприкасающееся с биологическими тканями и выполненное из металла, коэффициент относительного расширения которого не превышает 7% отличающаяся тем, что металлическое тело выполнено из сплава титана, имеет вязкую сердцевину, внутренний слой из упрочненного сплава титана и внешний диэлектрический слой из оксидов титана и имеет прочность на разрыв 1000 1300 МПа. 1. A needle for osteosynthesis containing a metal body in contact with biological tissues and made of metal, the coefficient of relative expansion of which does not exceed 7%, characterized in that the metal body is made of a titanium alloy, has a viscous core, an inner layer of a hardened titanium alloy and an outer the dielectric layer is made of titanium oxides and has a tensile strength of 1000 1300 MPa. 2. Спица по п. 1, отличающаяся тем, что внешний диэлектрический слой, предназначенный для придания спице биоинертности по отношению к соприкасающимся со спицей биологическим тканям и/или электрорегулируемости биологических процессов остеосинтеза, имеет электрическое сопротивление более 1 МОм. 2. A spoke according to claim 1, characterized in that the external dielectric layer, intended to impart bioinertness to the spoke with respect to biological tissues in contact with the spoke and / or electrically adjustable biological processes of osteosynthesis, has an electrical resistance of more than 1 MΩ. 3. Спица по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что толщина слоя упрочненного сплава титана менее 0,75 радиуса поперечного сечения спицы. 3. The spoke according to claims 1 and 2, characterized in that the thickness of the layer of hardened titanium alloy is less than 0.75 of the cross-section radius of the spoke. 4. Способ изготовления спицы для остеосинтеза, заключающийся в том, что из металлической заготовки изготавливают полуфабрикат, отличающийся тем, что используют заготовку из сплава титана в виде проволоки, упрочняют ее, совмещая при этом механическую проковку и вращение проволоки, затем разрезают и формируют на полученной спице внешний диэлектрический слой путем оксидирования в электролите, содержащем серную и ортофосфорную кислоты. 4. A method of manufacturing knitting needles for osteosynthesis, which consists in the fact that a semi-finished product is made from a metal billet, characterized in that they use a billet of titanium alloy in the form of a wire, strengthen it, combining mechanical forging and rotation of the wire, then cut and form on the resulting spoke the outer dielectric layer by oxidation in an electrolyte containing sulfuric and phosphoric acid. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что берут электролит, содержащий 1 - 20 мас. серной кислоты, 20 40 мас. ортофосфорной кислоты и воду. 5. The method according to claim 4, characterized in that they take an electrolyte containing 1 to 20 wt. sulfuric acid, 20 to 40 wt. phosphoric acid and water.

Images