Способ запоминания двух форм в изделии из сплава с эффектом памяти формы и изделия, выполненные этим способом - RU2262550C2
Код документа: RU2262550C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу запоминания двух геометрических состояний изделия, полученного из сплава с эффектом запоминания формы. Оно относится к применениям этого способа для изделий, предназначенных для крепления к другому элементу и позднее для удаления его с этого элемента. Оно также относится к применениям этого способа для изделий в медицине, стоматологии, ветеринарии или похожих областях.
Сплавы с эффектом запоминания формы уже известны. Эффект запоминания формы заключается в том, что материал, который был деформирован при первой температуре, вернет свою исходную форму, когда он возвращается ко второй температуре. Этот эффект имеет место вследствие термоупругого преобразования между твердой фазой аустенита и фазой мартенсита, которая также является твердой.
Таким эффектом могут обладать разные известные сплавы.
Также известно применение таких сплавов с таким эффектом в медицине, в частности для получения соединительных деталей для костных элементов или зажимов. В частности, можно сослаться на патент FR-A-2700464, в котором описано применение такого материала с эффектом памяти.
Следует отметить, что применение настоящего изобретения в медицине описано в этой заявке только для иллюстрации.
Применение сплавов с эффектом запоминания формы в медицине обычно ограничено креплением изделия к элементу и не позволяет последующее удаление указанного изделия с элемента. Например, что касается человеческих имплантантов, то применение сплавов с эффектом памяти в настоящее время облегчает их установку, но ни в коем случае не влияет на их удаление, которое, кроме того, не рассматривается.
Задачей настоящего изобретения является предложение способа обработки изделия с эффектом памяти так, чтобы этот эффект был возможен сначала для нанесения указанного изделия на элемент и затем для удаления указанного изделия с указанного элемента. Следовательно, целью настоящего изобретения является предложение способа запоминания не одного геометрического состояния, как описано на предшествующем уровне техники, а двух геометрических состояний изделия, полученного из сплава с эффектом запоминания формы.
Для этой цели способ, соответствующий настоящему изобретению, предусматривает
(а) обучение указанного сплава принимать первое геометрическое состояние путем воздействия на указанное изделие для приведения его в указанное первое состояние и оставления его в указанном первом состоянии при первой температуре, затем
(б) обучение указанного сплава принимать второе геометрическое состояние путем воздействия на указанное изделие для приведения его в указанное второе состояние и оставления его в указанном втором состоянии при второй температуре.
Если рассматриваемое изделие является имплантантом, предназначенным для размещения в организме, то установку этого имплантанта осуществляют путем приведения его в одно из двух геометрических состояний путем воздействия необходимым теплом так, чтобы он достиг температуры, соответствующей этому состоянию. Его удаление осуществляют путем приведения его в другое геометрическое состояние путем воздействия необходимым теплом так, чтобы он достиг температуры, соответствующей этому другому состоянию.
Следует отметить, что геометрическое состояние для установки соответствует состоянию, в котором указанный имплантант действует на элементе, например, на другом имплантанте, другом компоненте или части тела, так, чтобы фиксировать себя к нему. Что касается геометрического состояния для удаления, то оно соответствует состоянию, в которое указанный имплантант возвращается в свое исходное состояние перед установкой или в подобное состояние.
Следовательно, тот факт, что имплантант получен из сплава, обученного иметь два разных геометрических состояния, дает возможность его установки в одном из состояний и его удаления в другом состоянии.
Используемым сплавом является, например, никелевый или титановый сплав или композиционный материал, армированный указанным сплавом.
Например, самой высокой из двух рассматриваемых температур является температура, находящаяся в диапазоне от температуры +37°С до температуры +55°С, тогда как самая низкая температура находится в диапазоне от температуры +30°С до температуры -30°С.
Если настоящее изобретение применяют в медицине, то самая высокая температура может быть обеспечена посредством ножа для диатермии, а самая низкая температура - посредством физиологической сыворотки, криоэкстрактора и так далее.
В соответствии с другим отличием настоящего изобретения указанный способ предусматривает финишную обработку указанного изделия после обучения указанного сплава принимать первое геометрическое состояние, но до обучения указанного сплава принимать второе геометрическое состояние. Такая финишная обработка может состоять из полировки указанного изделия, например, с помощью пескоструйной обработки.
Для предотвращения вхождения никеля, который может содержаться в указанном сплаве с эффектом запоминания формы, в контактное взаимодействие с человеческим телом, такая финишная обработка может предусматривать нанесение тонкого защитного слоя, например, толщиной 1-5 мкм.
Такой слой может быть получен из одного из следующих материалов:
карбид никеля,
оксид алюминия,
карбонитрид титана,
бисульфид молибдена,
тройной сплав никеля, титана и алюминия,
нитрид хрома,
алмаз в аморфном состоянии,
карбид титана,
нитрид титана и так далее.
Таким защитным слоем является, например, слой, получаемый путем азотирования поверхности указанного изделия при низкой температуре. Это может быть осуществлено ионной бомбардировкой или осаждением из газовой фазы.
Было отмечено, что эффект такого азотирования при низкой температуре помимо защиты человеческого тела должен усилить память сплава в горячем и холодном состоянии ((прим. пер.) при наибольшей и наименьшей температуре).
Кроме того, он укорачивает и, следовательно, упрощает полировку изделия, поскольку очень хорошее состояние поверхности получают более быстро. Он также подготавливает части, обнаженные для трения или нагрузки.
Настоящее изобретение может быть применено в любой области техники в такой мере, в какой требуются два геометрических состояния изделия. В частности, это относится к применениям с изделиями, предназначенными для закрепления посредством затягивания на элементе и удаления с него позже. Далее в этой заявке будут описаны применения настоящего изобретения в медицине, которые следует рассматривать как иллюстрацию, например, для получения человеческих имплантантов.
Примеры применения способа, соответствующего настоящему изобретению, описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - вид, иллюстрирующий способ, соответствующий настоящему изобретению, на примере зажима.
Фиг.2a-d - виды, иллюстрирующие способ, соответствующий настоящему изобретению, на примере штифта.
Фиг.3 - изометрическое изображение, иллюстрирующее гнездо, с которым может быть использован способ, соответствующий настоящему изобретению.
Фиг.4а-с - виды, иллюстрирующие способ, соответствующий настоящему изобретению, на примере анкерного штепселя.
Фиг.5 - вид бедренного стержня, использующего способ запоминания, соответствующий настоящему изобретению.
Применение человеческих имплантантов сначала будет рассмотрено со ссылкой на фиг.1, причем такие имплантанты являются зажимами для ортопедического использования или для заживления травмы, которые используются либо для поддержания связок вместе, или для соединения кости (например, эпифизарные зажимы). Они могут быть также зажимами, используемыми при лечении позвоночника. Они могут также быть скобками лигатуры для медицинского или хирургического применения.
Ниже описан способ получения зажима, соответствующего настоящему изобретению. Такой зажим получают из проволоки 10, полученной, например, из сплава никеля и титана, предпочтительно в стехиометрическом соотношении, близком к единице, которую затем формуют так, чтобы придать ей п-образную форму 11 с двумя ветвями 11а и 11b, соединенными вместе посредством центральной внутренней части 11с. Это есть так называемая исходная форма зажима.
Затем к полученным ветвям 11а и 11b прикладывают, соответственно, усилия так, чтобы они были сведены ближе друг к другу. Таким образом получают первое геометрическое состояние. Эту технологическую операцию проводят при температуре Т1, находящейся, например, в диапазоне от температуры 37°С до температуры 55°С, например, при температуре 40°С. Эту технологическую операцию выполняют, например, в тисках или используя матрицу 20, имеющую комплиментарную форму относительно требуемой формы. Теперь можно сказать, что зажим обучен принимать свое первое состояние для запоминания.
После этого можно провести финишную обработку зажима в его состоянии 12. Она может представлять собой полировку, например, посредством пескоструйной обработки, или низкотемпературное нанесение покрытия, например, осаждением или азотированием из газовой фазы. Эта стадия на фиг.1 указана как стадия N.
После такой финишной обработки к ветвям зажима прикладывают усилие так, чтобы перевести их во второе геометрическое состояние, отличное от первого геометрического состояния 12. В зависимости от предполагаемого применения это может быть состояние 13, в котором зажим возвращается в свое исходное состояние 11, в котором его ветви 11а и 11b параллельны или дополнительно в состояние 13', в котором ветви зажима расходятся в направлении друг от друга. Эту технологическую операцию проводят при температуре Т2, например, в диапазоне от температуры -30°С до температуры +30°С, например, при температуре 5°С. Ее, например, проводят, используя ролик или используя пуансон 21 или 21' соответствующей комплементарной формы относительно требуемой формы, соответствующей второму геометрическому состоянию.
В практических случаях применения зажимов, для обеспечения простоты удаления зажима состояние 13 является предпочтительным по сравнению с состоянием 13'.
Ниже приведено описание способа применения этого типа зажима. Во время установки зажим позиционируют по месту и нагревают так, чтобы он достиг температуры Т1. Поскольку это высокая температура, то может быть использован, например, нож для диатермии. Тогда зажим примет свое геометрическое состояние 12, в котором две ветви сведены ближе друг к другу. После этого зажим сохраняет свое состояние. В этом состоянии зажим закреплен на своей опоре, например, на кости, и не может быть демонтирован без осуществления дополнительного действия.
Для удаления зажима теплом воздействуют с таким расчетом, чтобы он достиг температуры в области температуры Т2, так что он после этого принимает свое геометрическое состояние 13, в котором его ветви снова параллельны. Затем зажим может быть удален путем извлечения его в направлении, параллельном его ветвям. Эта температура является низкой температурой, которая может быть достигнута посредством подачи физиологической сыворотки.
Формы, соответствующие геометрическим состояниям 12 и 13 или 13' определяют в то время, когда их вводят в память, и могут, следовательно, быть выбранными так, чтобы были пригодными для рассматриваемого зажима.
Следует отметить, что в приведенном выше примере зажима и в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения температура Т1 может быть самой низкой, например, находящейся между температурой -30°С и температурой +30°С, а температура Т2 может быть самой высокой, например, находящейся между температурой +37°С и температурой +55°С.
Другое применение способа, соответствующего настоящему изобретению, описано со ссылкой на фиг.2a-d и относится к штифту 30, который главным образом используют для соединения кости. Штифт 30 по существу состоит из трубки, открытой на одной боковой поверхности посредством продольной прорези 31. Его нижний конец 32 имеет форму троакара для облегчения установки в полости, образованной для этой цели.
На фиг.2b показана дуга круглого сечения штифта 30 в его исходном состоянии 30А перед обучением. На фиг.2с штифт 30 показан в его первом геометрическом состоянии 30В после обучения при температуре Т1. Дуга круга, которая представляет сечение штифта 30, является открытой относительно начального состояния 30А. На фиг.2d штифт 30 показан в его втором геометрическом состоянии 30С после обучения при температуре Т2. Дуга круга, которая представляет сечение штифта 30, слегка закрыта относительно предшествующего геометрического состояния 30В, но открыта относительно исходного состояния 30А.
Сечение в форме простой дуги круга дано в качестве примера. Должно быть очевидным, что оно может принимать вид более сложных конфигураций.
После описанной ранее последней стадии может следовать дополнительная стадия, в которой штифт 30 возвращается обратно в свое исходное состояние. Эта стадия реализуется механически при комнатной температуре.
Ниже описан способ применения штифта 30 такого типа. Хирург делает отверстие в кости, например, с помощью бора, так что в нем можно установить штифт 30 в его исходном состоянии. Диаметр отверстия немного больше внешнего диаметра штифта 30, так что он может быть вставлен.
Будучи вставленным, штифт 30 подвергается нагреву до температуры Т1. Затем штифт 30 сам позиционируется в своем первом геометрическом состоянии 30В, в котором он сам заклинивает себя против боковой стенки отверстия, сделанного в кости. После этого он сохраняет эту форму в течение времени обработки и не может быть демонтирован без совершения дополнительного действия.
В день его удаления его подвергают нагреву так, чтобы он достиг температуры Т2. После этого он сжимается и переводит себя в его второе геометрическое состояние 30С.
Следует отметить факт, что его степень закрытия во втором геометрическом состоянии 30С немного больше, чем в его первом геометрическом состоянии 30В, но меньше, чем в его исходном состоянии 30А, означает, что он не разрушает губчатую ткань, которая выросла внутри штифта в течение обработки.
Помимо того, что при применении способа, соответствующего настоящему изобретению, становится возможным демонтаж имплантированного штифта 30, в этом случае обеспечивается преимущество, благодаря использованию материала с двойной памятью, который облегчает установку штифта по сравнению с известным уровнем техники, в котором его закрепляют посредством винта, установка которого требует использования флуоресцентного экрана текущего контроля, который, как правило, является источником вредного или даже опасного излучения. Упрощаются также операции установки и удаления.
Таким же образом, как в случае трубчатой конфигурации, имеющей прорезь, проходящую в продольном направлении, как было описано выше, можно также сделать заклепки, обычно используемые для фиксации пластин, связок и так далее. Их применение по существу аналогично применению штифта 30, описанному выше со ссылкой на фиг.2а.
Аналогичным образом можно также сделать компоненты бедренного стержня.
Должно быть очевидным, что только одна часть штифта или заклепки может быть предусмотрена с боковой прорезью или даже с несколькими боковыми прорезями.
На фиг.3 иллюстрируется гнездо 40, обычно предназначенное, во-первых, для установки сферической головки протеза, например, бедренной части, и, во-вторых, для фиксации самой себя в соответствующей соединительной полости.
Такое гнездо 40 имеет полое кратерообразное углубление, которое по существу является полусферическим и открытым на боковой поверхности посредством прорези 41 шириной е. В процессе производства ширина е имеет исходное значение еini. В процессе первого обучения при температуре Т1 гнездо побуждают принять его первое геометрическое состояние, в котором ширина е имеет значение e1. Например, это значение e1 больше значения еini.
В процессе второго обучения при температуре Т2 гнездо побуждают принять его второе геометрическое состояние, в котором ширина е имеет значение е2, которое может быть, например, немного меньше значения e1, но больше исходного значения еini по той же причине, что и для штифта 30, описанного выше.
Ниже описан способ применения указанного гнезда. Как было указано выше, гнездо устанавливают в соединительной полости и затем воздействуют теплом так, чтобы оно достигло температуры Т1. После этого оно принимает свое первое геометрическое состояние, в котором ширина прорези 41 имеет значение e1, так что оно крепит само себя против стенок соединительной полости. Если температура Т1 высока, то нагрев может быть обеспечен посредством ножа для диатермии.
Будучи установленным по месту, гнездо остается закрепленным.
Для его удаления на гнездо воздействуют теплом так, чтобы оно достигло температуры Т2, при которой оно принимает второе геометрическое состояние с шириной е2 прорези 41. Это значение ширины е немного меньше значения e1 первого геометрического состояния, что при извлечении гнезда предотвращает повреждение наросшей ткани.
Указанное гнездо с двойной памятью помимо преимуществ способа, соответствующего настоящему изобретению, обеспечивает более простую и более быструю установку, чем гнезда, соответствующие предшествующему уровню техники, которые требуют винтов или цементирования. Кроме того, при использовании винтов их трение относительно центральной полиэтиленовой внутренней части гнезда было источником значительного износа.
Следует отметить, что гнездо 40 может быть предусмотрено с одной такой прорезью (или более), как прорезь 41.
Настоящее изобретение может быть также применимо с имплантантами для плюснефалангового протеза.
Оно также применимо для поясничной проволочной разводки, предназначенной для выравнивания позвонков, которой придают форму материала с двойной памятью и обучают иметь два отдельных геометрических состояния: одно - для нанесения проволочной разводки между позвонками, а другое - для ее удаления.
Настоящее изобретение может быть также применимо к анкерному штепселю протеза, например, коленному протезу, который иллюстрируется на фиг.4а-с. Штепсель 50 имеет по существу цилиндрическую форму и окружен полусферической чашкой 51, предназначенной для установки конца протеза. Следует отметить, что эта чашка 51 может быть предусмотрена с системой крепления протеза, например, байонетным или другим фитингом.
В цилиндрической части штепселя 50 вырезаны лепестки 52, которые составляют одно целое с корпусом 53 штепселя через посредство их гибких оснований 54. Следовательно, каждый лепесток может быть изогнут в направлении наружу относительно своего основания 54.
На фиг.4b показан вид сверху штепселя 50, лепестки которого выгнуты в направлении наружу. Это состояние штепселя 50 является первым геометрическим состоянием и соответствует состоянию, которое будет придано во время установки штепселя путем нагрева штепселя так, чтобы он достиг температуры, близкой к температуре Т1.
Как показано на фиг.4с, штепсель 50 имеет свои лепестки 52 отведенными вдоль оси штепселя 50. Это состояние штепселя 50 является его вторым геометрическим состоянием и соответствует состоянию, которое будет придано во время удаления штепселя путем воздействия необходимым теплом для достижения температуры, близкой к температуре Т2.
Теперь будет описано другое применение настоящего изобретения со ссылкой на фиг.5, на которой иллюстрируется устройство бедренного стержневого компонента. Это устройство состоит из плоского стержня 60, один конец которого входит известным образом в центрирующий цилиндр 61 либо непосредственно, или посредством втулки, для прилегания в сфере, предназначенной для образования головки бедренного протеза. Это устройство содержит также модуль 62, предусмотренный для пригонки и закрывания стержня 60. В иллюстрируемом варианте осуществления этот модуль 62 содержит две боковые стенки 62а и 62b, соединенные вместе посредством центральной внутренней части 62с.
Модуль 62 выполнен из материала с функцией запоминания формы и в соответствии со способом, соответствующим настоящему изобретению, подвергается двойному обучению. В исходном состоянии стенки 62а и 62b параллельны друг другу, а расстояние d, которое разделяет их, имеет значение dini, которое немного больше толщины стержня 60, так что указанный модуль 62 может быть смонтирован поверх указанного стержня 60. Это геометрическое состояние соответствует установке и креплению модуля 62 простой затяжкой на стержне 60, установку которого осуществляют при температуре Т1. Во втором геометрическом состоянии боковые стенки 62а и 62b по существу параллельны друг другу, а расстояние d, следовательно, равно исходному значению dini и соответствует удалению модуля 62 со стержня 60, которое осуществляют при температуре Т2.
Реферат
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу запоминания геометрических форм в изделиях с эффектом памяти формы, предназначенных для крепления к другому элементу и последующему удалению с этого элемента. Предложены способ запоминания двух форм изделия из сплава с эффектом памяти формы и изделия, являющиеся человеческими имплантантами. Способ включает придание первой формы изделию путем деформирования исходной формы при первой температуре, придание второй формы изделию путем деформирования при второй температуре, при этом изделию придают вторую форму (30С), являющуюся промежуточной между исходной (30А) и первой (30В), или вторую форму (13/), полученную деформированием исходной формы (11) в направлении, противоположном деформированию первой формы (12). Технический результат - создание способа запоминания двух форм для реализации его в изделиях, предназначенных для крепления на другом элементе и дальнейшего его удаления. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
