Способ проверки керамических шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава
Группа изобретений относится к медицине. Способ проверки прочности конического входа керамических модульных шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемное пространство с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом, заключающийся в том, что на участки приемного объема оказывается давление. Радиальное усилие, направленное перпендикулярно к продольной оси шаровидной головки, оказывает воздействие исключительно на область конического входа. Устройство для реализации вышеуказанного способа включает в себя контропору, коническую втулку и пуансон. Все они расположены на одной общей продольной оси. Втулка и пуансон выполнены с возможностью сдвига по продольной оси. Втулка размещается между пуансоном и контропорой. Угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ подлежащей проверке шаровидной головки. Изобретения обеспечивают готовность всех проверенных шаровидных головок к работе без нанесения ущерба также и под нагрузкой по косой в условиях in vivo. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способу проверки керамических шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемный объем с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом, а для проверки на некоторые участки приемного объема оказывают давление.
Необходимую минимальную прочность модульной керамической шаровидной головки определяют с помощью так называемого Prooftest (100%-ная проверка). При этом конический участок шаровидной головки подвергают гидравлической нагрузке. Это описано в заявке на патент Германии DE 4411508 С2.
При особенных геометрических параметрах модульных шаровидных головок в случаях нагрузки по косой в условиях in vivo в области конического входа могут возникать высокие напряжения.
На нынешнем уровне знаний еще не существует метода Prooftest, проверяющего конический вход модульных шаровидных головок и гарантирующего в рамках 100%-ной проверки для этих областей потребный минимальный предел прочности. 100%-ная проверка означает, что шаровидные головки с дефектами при проверке разрушаются, так что тест выдерживают только совершенно исправные шаровидные головки.
В основе изобретения лежит задача улучшить способ, соответствующий ограничительной части п. 1 формулы изобретения, таким образом, чтобы все проверенные шаровидные головки были готовы к работе без нанесения ущерба также и под нагрузкой по косой в условиях in vivo.
Согласно изобретению эту задачу решают средствами, описанными в п. 1.
Способ по настоящему изобретению для проверки керамических шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемное пространство с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом, при этом для проверки на некоторые участки приемного пространства оказывается давление, отличается тем, что радиальное усилие, направленное перпендикулярно продольной оси шаровидной головки, воздействует исключительно на область конического входа. Благодаря этому все проверенные шаровидные головки сохраняют готовность к работе без нанесения ущерба также и под нагрузкой по косой в условиях in vivo.
Для проверки предпочтительно, чтобы в приемное пространство вдавливалась коническая втулка с углом раствора конуса α, причем угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ. Благодаря этому нагрузка воздействует только на конический вход.
В одном из вариантов осуществления угол раствора конуса α выбирают в пределах от 7 до 30°, предпочтительно 18°, а разность между углом раствора зажимного конуса γ и углом раствора конуса α следует выбирать между минимальным значением 2° и максимальным 25°.
Оказалось предпочтительным, чтобы образующая поверхность втулки была замкнутой и состояла предпочтительно из медного сплава, предпочтительно латуни.
Предпочтительно вдавливать конический пуансон (штамп) с общим с втулкой углом раствора конуса α во втулку по оси с силой F.
В одном из вариантов осуществления обеспечивают условие, чтобы трение между втулкой и пуансоном было ниже, чем трение между втулкой и шаровидной головкой.
Предпочтительно, чтобы пуансон был изготовлен из стали и предпочтительно закален с поверхности.
В одном из вариантов осуществления на внутреннюю поверхность втулки воздействуют гидравлическим давлением.
Устройство для реализации способа по настоящему изобретению отличается тем, что устройство включает в себя контропору, коническую втулку и пуансон, причем все они расположены на одной общей продольной оси, при этом втулку и пуансон можно сдвигать по продольной оси, причем втулка размещается между пуансоном и контропорой, а угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ подлежащей проверке шаровидной головки.
Предпочтительно, чтобы втулка имела угол раствора конуса α, идентичный углу раствора конуса штампа (пуансона).
Ниже приведено подробное пояснение изобретения со ссылкой на чертежи.
Изобретение описывает способ проверки (Prooftest) для области конического входа 7 (см. фиг. 1), при осуществлении которого в области конического входа 7 посредством действующих в радиальном направлении сил создаются высокие напряжения. Это можно осуществлять гидравлическим или механическим способом. На фиг. 1 показана ножка 9 протеза тазобедренного сустава, которую имплантируют в бедренную кость. На головку ножки 9 насажена распорная втулка 10, которая своей наружной поверхностью входит в приемное пространство 8 шаровидной головки 3 и закреплена посредством конического зажима с углом раствора конуса γ. Шаровидная головка 3 вставлена в керамическую чашку 11 (со скольжением) с возможностью вращения.
Блок механической нагрузки для проверки состоит по меньшей мере из двух компонентов 1, 2 (см. фиг. 2), которые можно сдвигать относительно друг друга. Компонент 1 представляет собой замкнутую коническую втулку, а компонент 2 - конический штамп (пуансон), который вставлен в компонент 1 и при проверке вдавливается с усилием F (см. фиг. 2) в компонент 1, в силу чего на конический вход 7 воздействует сила в радиальном направлении.
Перевод осевого усилия F в радиальное направление усиливается относительным сдвигом обоих компонентов 1 и 2. В идеальном случае наружная поверхность обоих компонентов 1, 2 выполнена конической формы. Угол раствора конуса α должен быть больше, чем угол раствора зажимного конуса γ шаровидной головки. Для угла раствора зажимного конуса γ в 5°42'30'' следует выбирать конус пуансона в пределах от 7 до 30°, в идеальном случае используют угол в 18°. В общем случае для всех вариантов угла рекомендуется, чтобы разность между углом раствора зажимного конуса γ и углом раствора конуса α пуансона составляла как минимум 2°, а максимум 25°.
Материал конической втулки (компонент 1) должен быть достаточно пластичным, чтобы обеспечить приспособление формы втулки к шаровидной головке. Дополнительно материал втулки должен обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать нагрузки сдвигом. В качестве возможных материалов можно указать сплавы на основе меди. В идеальном случае втулка (компонент 1) состоит из латуни.
Конический пуансон (компонент 2) должен быть значительно тверже, чем втулка. Соответственно, рекомендуется применять сталь, которую можно закаливать. В идеальном случае пуансон снабжают поверхностной закалкой. Чтобы обеспечить сдвиг пуансона относительно втулки, поверхность конического пуансона должна быть гладкой. Идеально, чтобы поверхность конического пуансона была полированной (Ra<0,2). При этом решающее значение имеет то, что трение между компонентом 1 и компонентом 2 существенно ниже, чем между компонентом 1 и шаровидной головкой. Компонентом 1 всегда называют втулку и наоборот. Компонентом 2 всегда называют пуансон и наоборот.
Для подачи нагрузки через гидравлическую систему на внутреннюю поверхность втулки вместо конического пуансона воздействуют гидравлическим давлением. Для этого можно осуществить уплотнение кольцами круглого сечения. Как внутри, так и снаружи втулка 1 может иметь коническую или цилиндрическую форму.
Для выполнения проверочного теста шаровидную головку 3 укладывают наружной поверхностью 3а на контропору 4 с конической выемкой 6. Угол конической выемки 6 обозначен как β. При этом шаровидная головка 3 выгодным образом лежит на конической выемке 6 контропоры 4, что опосредовано кольцом 5.
Для проверки компонент 1, т.е. гильзу, со вставленным компонентом 2, т.е. штампом (пуансоном), укладывают на конический вход 7 шаровидной головки 3. Наружный угол раствора конуса α компонента 1 больше, чем угол раствора зажимного конуса γ приемного пространства 8 в шаровидной головке 3, так что компонент 1 оказывает силовое воздействие только на конический вход 7.
Для проверки компонент 2 прижимают по оси в направлении шаровидной головки с усилием F. Поскольку компонент 1 лежит только на коническом входе 7 шаровидной головки 3, изучается результат силового воздействия только на этот участок.
Ввиду движения компонента 2 относительно компонента 1 силовое воздействие на конический вход 7 возрастает.
Компонент 1, т.е. втулка, предпочтительно выполнен сплошным (замкнутым) по всей образующей и, например, не имеет прорезей. Следует отметить, что неожиданным образом оказалось, что в случае разрезных гильз уже при небольшом силовом воздействии разрушение шаровидной головки возможно при воздействии меньшей силы, чем в случае неразрезных гильз.
1. Способ проверки прочности конического входа керамических модульных шаровидных головок (3) для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемное пространство (8) с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом (7), при этом для проверки на участки приемного объема (8) оказывается давление, отличающийся тем, что радиальное усилие, направленное перпендикулярно к продольной оси шаровидной головки (3), оказывает воздействие исключительно на область конического входа (7).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для проверки в приемное пространство (8) вдавливают коническую втулку (1) с углом раствора конуса α, причем угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что угол раствора конуса α выбирают в пределах от 7 до 30°, предпочтительно 18°, а разность между углом раствора зажимного конуса γ и углом раствора конуса α следует выбирать между минимальным значением 2° и максимальным 25°.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что образующая поверхность конической втулки (1) замкнута и состоит предпочтительно из медного сплава, предпочтительно латуни.
5. Способ по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что конический пуансон (2) с общим с втулкой (1) углом раствора конуса α вдавливают по оси во втулку (1) с силой F.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что трение между втулкой (1) и пуансоном (2) ниже, чем трение между втулкой (1) и шаровидной головкой (3).
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что пуансон (2) состоит из стали, предпочтительно с закаленной поверхностью.
8. Способ по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что для проверки внутреннюю поверхность втулки (1) подвергают гидравлическому давлению.
9. Устройство для реализации способа по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что устройство включает в себя контропору (4), коническую втулку (1) и пуансон (2), причем все они расположены на одной общей продольной оси (12), при этом втулка (1) и пуансон (2) выполнены с возможностью сдвига по продольной оси (12), причем втулка (1) размещается между пуансоном (2) и контропорой (4), а угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ подлежащей проверке шаровидной головки (3).
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что втулка (1) имеет угол раствора конуса α, который идентичен углу раствора конуса пуансона (2).
