Właściwości i zastosowania wybranych materiałów ceramicznych do zastosowań medycznych

Transkrypt

1 Właściwości i zastosowania wybranych materiałów ceramicznych do zastosowań medycznych Dr inż. Zbigniew Jaegermann Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych Zakład Bioceramiki Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego i Budżetu Państwa

2 Bank części zamiennych dla człowieka?

3 Zakres wykładu: ceramiczne stawy? TAK! (specjalna ceramika korundowa ZTA na elementy protez stawowych) ceramiczne kości? TAK! (porowata ceramika korundowa do odbudowy tkanki kostnej)

4 Endoproteza stawu biodrowego

5 Jakie materiały?

6 Dlaczego nie polietylen/metal?

7 Dlaczego nie polietylen/metal? Wkładki polietylenowe usunięte po 19 latach od wszczepienia

8 Dlaczego ceramika/ceramika?

9 Dlaczego ceramika/ceramika? WARUNEK: Dokładność wykonania. Źródło: Fisher J, University of Leeds (UK), 2006 Odchyłka kulistości - 5 m Chropowatość Ra - 0,002 m

10 Problem: zakres ruchu Większy zakres ruchu Mniejsze ryzyko przemieszczenia

11 Zasada samocentrowania miseczki: przesunięcie środków obrotu miseczki i głowy zabezpiecza przed wysunięciem się miseczki poza dozwoloną pozycję. Pod wpływem siły naciskającej miseczka powraca do pozycji centralnej.

12 Jakie materiały ceramiczne?

13 Jakie materiały ceramiczne? BIOLOX delta kompozyt na osnowie korundowej

14 Mikrostruktura BIOLOX forte tworzywo korundowe BIOLOX delta kompozyt na osnowie korundowej

15 Odporność na pękanie

16 Wyroby Biolox forte RTG endoprotez Elementy protez stawu biodrowego typu ceramika/ceramika Elementy protez stawu biodrowego

17 Wyroby Biolox delta BIOLOX delta/pe Elementy protez stawu biodrowego i kolanowego BIOLOX delta/biolox delta

18 ceramiczne stawy? TAK! (specjalna ceramika korundowa ZTA na elementy protez stawowych "Ceram-Tec") ceramiczne kości? TAK! (porowata ceramika korundowa do odbudowy tkanki kostnej - ICiMB)

19 Porowate implanty korundowe Ważnym problemem w nowoczesnej chirurgii kości jest możliwość dobrego zespolenia wszczepu z kością. Zastosowanie materiału porowatego umożliwia mechaniczne połączenie go z tkanką żywą poprzez wrośnięcie jej w pory materiału. Odpowiedni rozmiar porów i połączeń między porami decydują o przenikaniu i mineralizacji tkanki, co daje dobre i trwałe połączenie implantu z kością.

20 Porowate implanty korundowe Porowate implanty korundowe formuje się metodą spieniania chemicznego. Polega ona na odlewaniu kształtek z gęstwy korundowej zawierającej drobnoziarnisty tlenek glinu (ok. 97%), węglan wapnia, tlenek magnezu oraz spoiwo będące roztworem wodnym politlenochlorku glinu. Kwaśny roztwór politlenochlorku glinu w połączeniu z tlenkiem magnezu i węglanem wapnia żeluje sklejając ziarna masy, a rozkład węglanu wapnia zapewnia właściwe jej spienienie.

21 Właściwości tworzywa Przeważająca faza - korund -Al 2 O 3 Porowatość całkowita 65-75% Wielkość porów m Wielkość połączeń pomiędzy porami m Wytrzymałość na ściskanie MPa Wytrzymałość na zginanie 8-16 MPa po przerośnięciu kością wytrzymałość na ściskanie wzrasta o ok. 70%, a moduł sprężystości zbliża się do modułu kości zbitej (ok. 30 GPa)

22 Porowate implanty korundowe Obraz z mikroskopu stereoskopowego

23 Porowate implanty korundowe Obraz z mikroskopu stereoskopowego

24 Porowate implanty korundowe Obraz z mikroskopu stereoskopowego

25 Porowate implanty korundowe Obraz z mikroskopu skaningowego (SEM)

26 Porowate implanty korundowe Obraz z mikroskopu skaningowego (SEM)

27 Porowate implanty korundowe Badania wykonane w Katedrze Chirurgii Wydziału Weterynaryjnego AR we Wrocławiu

28 Stopień wypełnienia porów implantów tkanką kostną 100 [%] Czas wszczepienia [tygodnie] Udział porów wypełnnionych kością [%] Stopień wypełnienia porów kością [%]

29 Wytwarzanie Od ponad 15 lat nasz Instytut wykonuje na zamówienie wiele rodzajów porowatych implantów korundowych, takich jak: wszczepy do wypełniania ubytków kości (bloki, kliny, belki, kruszywa i inne) miseczki panewkowe kliny do osteotomii wszczepy do stabilizacji kręgów

30 Zastosowanie kliniczne przy wypełnianiu ubytków kostnych w następstwie usunięcia torbieli i ognisk nowotworowych (kości: biodrowe, kończyn, nadgarstka, stępu), przy wypełnianiu ubytków kostnych pooperacyjnych (osteotomia) np. kości miednicy lub stępu, do wzmacniania stropu panewki stawu biodrowego, do korekcji osi kończyn, jako wszczepy stabilizujące po urazowych uszkodzeniach trzonów kręgów, do wypełnień potorbielowych ubytków w kościach szczęk.

31 Ze Szpitala im. Rydygiera we Wrocławiu

32

33 Zastosowanie kliniczne Adam Ogonowski - praca doktorska

34 Zastosowanie kliniczne Z Centrum Rehabilitacji STOCER w Konstancinie

35 Zastosowanie kliniczne Adam Ogonowski - praca doktorska

36 Zastosowanie kliniczne Z Centrum Rehabilitacji STOCER w Konstancinie

37 Zastosowanie kliniczne z Kliniki Chirurgii Szczękowo-Twarzowej ŚUM w Zabrzu

38

39 Zastosowanie kliniczne Z Dolnośląskiego Centrum Rehabilitacji w Kamiennej Górze

40

41 Zastosowanie kliniczne Z Oddziału Chirurgii Urazowo-Ortopedycznej i Rehabilitacji Szpitala w Dąbrowie Tarnowskiej

42 Cechy porowatych implantów korundowych są całkowicie biozgodne przerastają pełnowartościową tkanką kostną po przerośnięciu posiadają odpowiedni moduł sprężystości, co zapewnia ich dobrą współpracę z kością ich wytrzymałość jest wystarczająca do wielu rodzajów zabiegów i umożliwia swobodną manipulację w trakcie operacji można je sterylizować dowolną metodą

43 Porowate implanty korundowe jako nośniki antybiotyków Poważnym problemem rozległych zabiegów ortopedycznych szczególnie z użyciem wszelkiego rodzaju implantów i protez stawowych są zakażenia kości, które wywołują często przewlekłe i trudne do leczenia stany zapalne. Antybiotykoterapia ogólna nie zawsze bywa skuteczna. W takich wypadkach ostatnią deską ratunku jest stosowanie leczenia miejscowego. Niezbędny jest materiał, który po wszczepieniu w miejsce zapalenia jest zdolny do wydzielania antybiotyku w określonym stężeniu i przez wydłużony okres czasu

44 Przygotowanie implantów Implant nasączony poli(alkoholem winylu) z wankomycyną

45 Biomateriały z kości zwierzęcych Ludzka tkanka kostna BioOss ( Pro Osteon

46 Biomateriały syntetyczne Ludzka tkanka kostna 3D printing Hutchmacher (2000) Biomaterials Fiber bonding Mikos (1993) J Biomed Mater Res Ceramika spieniana Schaefer (2000) Biomaterials

47 Porowata ceramika korundowa Ludzka tkanka kostna Pianka korundowa (ICiMB) Porowaty materiał korundowy (ICiMB)