Расположение

Москва, ул.Гамалеи, д.15

м. Щукинская, авт/марш. №100 и №681
до ост. "Клиническая больница №86"

Пристройка к поликлинике 1 этаж
Отделение лучевой диагностики

Эл. почта:
[email protected]

 
  • Под контролем
    Под контролем

    Федерального
    медико-биологического
    агентства
  • Профессиональные снимки
    Профессиональные снимки

    на современном томографе
  • Удобное расположение
    Удобное расположение

    рядом с метро Щукинская
  • МРТ коленного сустава 4000 руб
    МРТ коленного сустава 4500 руб.
  • Предварительная запись
    Предварительная запись,
    что исключает ожидание в очереди
  • Возможность получения заключения на CD
    Возможность получения
    результатов на CD

Записаться
на приём

+7 (495) 942-38-23 (МРТ коленного сустава, денситометрия)

+7 (903) 545-45-60 (МРТ остальных зон)

+7 (903) 545-45-65 (КТ)

С 9.00 до 15.00

По рабочим дням

 


 

Мрт и нитинол


Применение демпферных краниофиксаторов из нитинола при пластике дефектов черепа Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

Новые и рационализаторские предложения

© Коллектив авторов, 2010 УДК 616.714-004.8-089.844

А.В.Геворков1, Е.А.Давыдов2, Б.И.Сафаров2, А.А.Ильин3, М.Ю.Коллеров3, С.Н.Черемкин4, А.Ю.Улитин2

ПРИМЕНЕНИЕ ДЕМПФЕРНЫХ КРАНИОФИКСАТОРОВ ИЗ НИТИНОЛА ПРИ ПЛАСТИКЕ ДЕФЕКТОВ ЧЕРЕПА

1 Противоболевой центр Больницы Святой Преподобномученницы Елизаветы (главврач — проф. Б.М.Тайц), Санкт-Петербург; 2 ФГУ Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л.Поленова (дир. — д-р мед. наук И.В.Яковенко), Санкт-Петербург; 3 МАТИ-Российский государственный технологический университет им. К.Э.Циолковского (ректор — проф. А.П.Петров), Москва; 4 Национальный центр медицины Республики Саха-Якутия (ген. дир. — канд. мед. наук. В.С.Петров), г. Якутск

Ключевые слова: нитинол, краниопластика, кранио-фиксация.

Введение. В нейрохирургии продолжает оставаться актуальной проблема закрытия тре-панационных дефектов свода черепа и фиксации трансплантатов. Методов фиксации трансплантатов разработано много, и они достаточно полно освещены в литературе [1-4]. Для фиксации трансплантата используются различные материалы, шелковая нить, проволока, синтетический шовный материал, пластины и винты. Их применение сопровождается такими осложнениями, как ослабление фиксации и смещение кости, отторжение трансплантата, разрыв фиксирующего материала, инфицирование раны [5]. Ряд неудобств связаны с возникновением рентгенологических артефактов. В 1991 г. S.CSmith и соавт. [7] были предложены для укрепления трансплантата титановые краниофациальные пластины, преимущественно имеющие X- и Y-форму фирм «Synthes» (США) и «Wtirtzburg» (Германия). Техника постановки мини-пластин и мини-винтов отнимает много времени, а сами они достаточно дороги. Эти обстоятельства и привели к разработке системы «CranioFix (СБ) Aesculap», Tuttlingen (Германия), которая в настоящее время наиболее распространена для фиксации черепных костных трансплантатов [6-8].

Б.Ооша1е/ и соавт. [5] поделились своим опытом применения этил-2-цианокрилата для фиксации костного трансплантата, утверждая, что клеевая композиция обеспечивает стабильность без местной реакции или смещения.

С 2006 г. при различных видах краниопластик с использованием аутоаллотрансплантатов нами применялись краниофиксаторы из нитинола с термомеханической памятью формы, разработанные и изготавливаемые инженерно-медицинским центром «МАТИ-Медтех» МАТИ-РГТУ им. К.Э.Циолковского (Москва). Эти фиксаторы, помимо надежной фиксации костного трансплантата, имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с вышеуказанными методами. Фиксаторы разработаны с учетом всех принципов системы БМСИ — «Биологически и механически совместимые имплантаты»1. Фиксаторы «Илькода» изготовлены из биологически инертного сплава нитинола с гетерофазной микроструктурой, благодаря чему обеспечиваются эффекты памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности (ЭСЭ), саморегулирующейся компрессии (ЭСРК). Они могут применяться при закрытии дефекта черепа после костно-пластических трепанаций и при выполнении первичных, первично-отсроченных и

1 Патент на изобретение № 2269953 (РФ). Устройство костной пла-

стики черепа / А.А.Ильин, М.Ю.Коллеров, Е.А.Давыдов.—Заявл.

14.09.2004, № 2004127257.

поздних краниопластик. Фиксаторы из нитинола дают эффект саморегулирующейся компрессии за счет своих эластических свойств и позволяют в 1-е сутки после операции смещаться костному трансплантату кнаружи, т.е. обладают определенными демпферными свойствами, что важно при увеличении внутричерепного давления в послеоперационном периоде.

Цель нашего исследования — показать, что применение при операциях на черепе оригинальных демпферных краниофиксаторов «Илькода» из нитинола значительно упрощает процедуру фиксации аутоаллотрансплантата и сокращает время операции. Нитиноловые краниофиксато-ры «Илькода» не уступают в прочности другим металлическим конструкциям и позволяют беспрепятственно выполнять (при необходимости) повторные оперативные вмешательства.

Материал и методы. Произведен анализ результатов оперативного лечения 62 пациентов с применением краниофиксаторов «Илькода» Мужчин было 38 (61,3%), женщин — 24 (38,7%). Краниофиксаторы использовались у больных с черепно-мозговой травмой и ее последствиями, с сосудистой и онкологической патологией головного мозга. До оперативного вмешательства проводилось стандартное обследование пациентов, включавшее краниографию, КТ, МРТ головного мозга, электроэнцефалографию, ангиографию (при необходимости). Наиболее часто костный дефект свода черепа локализовался в лобно-теменно-височной, лобно-височной, височно-теменной областях как с левой, так и с правой стороны примерно в равных соотношениях. Площадь костного дефекта составляла от 30 до 60 см2 и от 60 до 170 см2. Время постановки краниофиксаторов у всех больных не превышало 10 мин, число используемых фик-

Рис. 1. Схема краниофиксатора. 1 — нижнее замкнутое кольцо фиксатора; 2 — разомкнутое верхнее кольцо; 3 — поперечник, располагающийся между кольцами.

саторов составляло 2-6 штук различного типоразмера (от № 3 до № 8). Несостоятельности фиксации не выявлено ни в одном наблюдении. Воспалительных и гнойно-септических осложнений также не было.

Замкнутое кольцо фиксатора (рис. 1, 2) располагается с внутренней поверхности костей черепа и трансплантата и препятствует «проваливанию» трансплантата в полость черепа; разомкнутое верхнее кольцо располагается с наружной поверхности костей черепа и трансплантата и препятствует смещению трансплантата кнаружи; соединяющий полукольцом поперечник располагается между кольцами в пропиле костей и обеспечивает компрессию между нижним и верхним кольцами и надежную фиксацию трансплантата.

Краниофиксаторы имеют шесть разных типоразмеров, которые соответствует толщине кости (в мм), а диаметр обоих колец одинаков у всех типоразмеров. Специальный шаблон позволяет измерить толщину кости и подобрать соответствующий краниофиксатор. Фиксаторы предварительно стерилизуются, причем допустимы любые виды стерилизации, включая сухожаровые шкафы.

Для установки демпферных фиксаторов «Илькода» обычно бывает достаточно ширины пропила костей черепа. В зависимости от размеров трепанационного окна определяют необходимое количество фиксаторов. Как правило, достаточно 3-4 фиксаторов, а при малых размерах трепана-ционного дефекта даже использование 2-3 фиксаторов, что позволяет надежно фиксировать трансплантат.

Подготавливается место для заведения нижних колец фиксаторов, для чего отсепаровывают твёрдую мозговую оболочку от кости. После тщательного гемостаза осуществляется подбор фиксаторов соответствующего типоразмера.

При остром угле краниотомированного края материковой части черепа или трансплантата, а также при незначительном отеке подлежащих тканей, чтобы избежать перекоса краниофиксатора при постановке, мы рекомендуем произвести резекцию участка размерами 1-3 мм симметрично друг против друга либо только со стороны материковой

Рис. 2. Внешний вид краниофиксаторов.

б

Рис. 3. Варианты резекции трансплантата и материковой части черепа и положения краниофиксатора. а — положение краниофиксатора после резекции края материковой части черепа и трансплантата; б — положение краниофиксатора после резекции только края материковой части черепа.

части черепа. И в том, и в другом случае соединяющий полукольца поперечник—перемычка, будет находиться строго в вертикальном положении, препятствуя перекосу внутреннего кольца фиксатора и разомкнутого наружного кольца, что обеспечит оптимальное соприкосновение материковой части черепа и трансплантата (рис. 3).

Для охлаждения фиксаторов в течение 15-20 с используют любой стерильный раствор с температурой +5.. .+10 °С. У охлажденных таким образом фиксаторов легко раздвигаются верхние полукольца. Деформированные фиксаторы устанавливают под края костного дефекта так, чтобы раздвинутые свободные концы верхних полуколец не выходили за его край. На нижние кольца фиксаторов укладывают костный алло- или аутотрансплантат, эксплантат (рис. 4).

После этого фиксаторы орошают подогретым до +40 °С ... +45 °С стерильным изотоническим раствором натрия хлорида, верхние (наружные) полукольца смыкаются и, возвращаясь в рабочую форму, обеспечивают надежную фиксацию трансплантата (см. рис. 4, б, в).

Результаты и обсуждение. Нитинол (сплав никеля и титана) является эластичным и пластичным материалом. Эти качества металла использованы при разработке краниофиксаторов «Илькода». При применении данных краниофикса-торов используются эффекты термомеханической памяти формы, сверхэластичности и саморегулирующейся компрессии, которые значительно облегчают реконструктивные и пластические операции на черепе. Нитинол-интерметаллид обладает хорошей биосовместимостью, выражающейся в полном отсутствии аллергических реакций.

Рис. 4. Положение краниофиксаторов до применения теплого раствора (а) и после применения теплого раствора (б, в).

Нитинол не является ферромагнетиком, не наносит вреда пациентам, практически не искажает магнитно-резонансный эффект при выполнении МРТ и КТ головного мозга и биоэлектрическую

Рис. 5. Рентгенограмма больного Ч, 23 года, у которого применены краниофиксаторы «Илькода» при коррекции многооскольчатого перелома свода черепа.

а — прямая проекция; б — боковая проекция.

активность головного мозга. Установка фиксаторов из нитинола отличается простотой, удобством и быстротой. Не требуется особого инструментария для установки фиксаторов, не нужны специальные методы стерилизации и особые условия хранения. Ни у одного из 62 больных после операции мы не отмечали гнойных осложнений, нестабильности трансплантата или каких-либо субъективных жалоб пациента.

Клиническое наблюдение. Пациент Ч., 23 года, поступил в нейрохирургическое отделение Елизаветинской больницы 25.09.2006 г. в тяжелом состоянии. Из анамнеза известно, что больной упал в лестничный пролет с 5-го этажа.

Диагноз: 1. Закрытая черепно-мозговая травма. Ушиб головного мозга тяжелой степени с формированием очагов контузии в левой теменной доле, начальными признаками отека головного мозга и аксиальной дислокацией II-III степени. Закрытый многооскольчатый импрессионный перелом (до 10 мм) левой теменной кости размерами 5x6 см. 2. Закрытая спинномозговая травма. Закрытый осложненный перелом зубовидного отростка Сп с умеренным ротационным подвывихом вправо. Ушиб спинного мозга на уровне вывиха.

Было проведено оперативное лечение: 1) открытое вправление подвывиха Сп с использованием заднего опе-

ративного доступа с задним спондилодезом; 2) открытая репозиция вдавленных отломков левой теменной кости с фиксацией тремя краниофиксаторами из нитинола (рис. 5, а, б).

Стоимость данной методики значительно меньше других методик краниофиксации.

Выводы. 1. Применение краниофиксаторов «Илькода», благодаря своим эластическим свойствам и демпфирующей конструкции, способствует компенсации внутричерепного давления.

2. Предложенный метод следует рассматривать как альтернативную оригинальную методику краниофиксации с применением устройств фиксации отечественного производства, обеспечивающий хороший лечебный и существенный экономический эффекты.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кондаков Е.Н., Кривецкий В.В.Черепно-мозговая травма: Руководство для врачей неспециализированных стациона-ров.—СПб.: СпецЛит, 2002.-271 с.

2. Коновалов А.Н., Лихтерман Л.Б., Потапов А.А. Клиническое руководство по черепно-мозговой травме.—М.: Антидор, 2002.—T. 3.—632 с.

3. Щедренок В.В., Яцук С.Л., Могучая О.В. Черепно-мозговая травма, эпилепсия и организационные технологии.—СПб.: ЛГУ им. А.С.Пушкина, 2006.—212 с.

4. Broaddus W.C., Holloway K.L., Winters C.J. et al. Titanium miniplates or stainless steel wire for cranial fixation: a prospec-

tive randomized comparison // J. Neurosurg.—2002.—Vol. 96.— P. 244-247.

5. Gonzalez E., Orta J., Quero C. et al. Ethyl-2-cyanocrylate fixation of the cranial bone flap after craniotomy // Surg. Neurol.—2000.— Vol. 53.—P. 288-289.

6. Ken R., Winston M., Marjorie С., Wangi M. Cranial bone fixation: review of the literature and description of a new procedure // J. Neurosurg.—2003.—Vol. 99.—P. 484-488.

7. Smith S.C., Peflofsky S. Adaptation of rigid fixation to cranial flap replacement // J. Neurosurg.—1991.—Vol. 29.—P. 717-718.

8. Spetzler R.F. Bone flap fixation: a new technique // J. Neurosurg.—1997.—Vol. 87.—P. 475-476.

Поступила в редакцию 16.11.2009 г.

A.V.Gevorkov, E.A.Davydov, B.I.Safarov, A.A.Ilyin, M.Yu.Kollerov, S.N.Cheremkin , A.Yu.Ulitin

APPLICATION OF DAMPER CRANIOFIXATORS FROM NITINOL IN PLASTY OF SKULL DEFECTS

An overview of the methods of fixation of the skull bones is presented,as well as discussion and characterization of different methods of fixation. A new system of fixation of the skull bones was used in osseous-plastic trepanation and reconstructive operations using nitinol craniofixators. Results of cranioplasty using craniofixators were analyzed in 62 patients with craniocerebral injuries and its consequences, vascular and oncological diseases of the brain. There were no complications in the postoperative period. Articles made of nitinol are very strong, elastic and have the effect of thermo-mechanical memory of the form.

cyberleninka.ru

Нитинол — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Нитиноловая проволока

Нитинол (англ. nitinol, никелид титана, название произошло от англ. nickel — никель, англ. titanium — титан, англ. Naval ordnance laboratory, сокр. NOL — Лаборатория морской артиллерии США (англ.)) — интерметаллид, соединение титана и никеля, в процентном соотношении 45 %(титан) — 55 %(никель) и с равным количеством атомов каждого вещества. Название получил из сочетания формулы (NiTi) и сокращения названия места где был разработан (Naval Ordnance Laboratory→NOL) . Необычно то, что данное соединение обладает свойством памяти формы. Если деталь сложной формы подвергнуть нагреву до красного каления, то она запомнит эту форму. После остывания до комнатной температуры деталь можно деформировать, но при нагреве выше 40 °C она восстановит первоначальную форму. Такое поведение связано с тем, что, фактически, этот материал является интерметаллидом, а не классическим сплавом, и свойства исходных материалов (Ni, Ti) практически в нем не выражены. Уникальным его делает свойство, благодаря которому при закалке взаимное расположение атомов упорядочивается, что приводит к запоминанию формы.

Открытие эффекта памяти формы восходит к 1932 году, когда шведский исследователь Арне Оландер первым заметил это свойство в золото-кадмиевых сплавах. Такой же эффект обнаружен в медно-цинковых сплавах в начале 1950-х. Советские металлурги Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос в 1948 году предсказали, а в 1949 году обнаружили сплав на основе алюминиевой бронзы, наделённый способностью после значительных пластических деформаций восстанавливать первоначальную форму при нагреве до определённой температуры. В 1980 году это изобретение было признано открытием и стало известно как эффект Курдюмова (Явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа – эффект Курдюмова. Открытие №239 от 8 марта 1948 г. в части теоретического предсказания явления и 17 марта 1949 г. в части его экспериментального обнаружения). В 1962 году Уильям Бюлер вместе с Фредериком Вангом обнаружили сильный эффект памяти формы у сплава на основе никеля и титана в ходе исследований в военно-морской лаборатории. Хотя и сразу было осознано потенциальное применение нитинола, реальные попытки коммерциализации сплава произошли спустя десять лет. Эта задержка возникла в значительной степени из-за чрезвычайной трудности плавления, переработки и обработки сплава.

Производство сплава - достаточно сложный процесс, состоящий из нескольких стадий:

  1. Плавка
  2. Переплавка
  3. Литьё
  4. Придание необходимой формы

Производство осложнено тем, что для получения высококачественного сплава, необходимо тщательно выверять количество первичных компонентов, а при плавлении титан легко взаимодействует с газами[3], из за чего плавка проходит с использованием вакуумно-индукционного метода и вакуумно-дуговой переплавки. Так же термообработка нитинола требует высокой точности, так как длительность и температура сильно влияют на температуры фазового превращения.

При вакуумно-индукционном методе исходный слиток готовят в графитовых печах . Это позволяет получить хорошо смешанный сплав, но при этом возникает некоторое количество соединения титана с углеродом. Вакуумно-дуговая переплавка необходима для уменьшения содержания примесей и включений, а так же обеспечения необходимой литой структуры. Далее следуют литьё для получения заготовок и придание необходимой формы заготовкам.

Физические свойства:[править | править код]
Технические свойства:[править | править код]

Материал находит применение в медицине, в частности, для лечения пациентов с заболеваниями и травмами опорно-двигательного аппарата: воронкообразная деформация грудной клетки («грудь сапожника»), переломы позвонков, Hallux Valgus (шишки на ногах). Также применяется в стоматологии для ортодонтического лечения: металлические дуги брекет-систем сделаны из данного материала.[5][6]

ru.wikipedia.org

Биосовместимые материалы, применяемые для изготовления стентов (обзор) Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

При предельном числе циклов /V,, полудлина трещины / равна критической величина / , которая определяется согласно выражению:

Кр = —(Ки1<Уты)2-п

С учетом полученного находим через число циклов нагружения время выхода трещины на поверхность покрытия первого слоя:

| / /и/2—1 _ 7 т/2-1 \ ту-т

дг _ _"«Р 10 / ''_

Ыл Лт\ т 1 |/т/2-1/т/2-1 т ^ \2~) "

Представленный метод расчета позволяет оценить эффективность как простых, так и армированных геотекстилем дорожных полотен.

Марчук М. С., Мутылина И. Н.

БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНТОВ

(ОБЗОР)

К стентам предъявляются достаточно высокие требования: высокая гибкость (для легкого продвижения по кровеносной системе к месту установки), высокая пластичность (для обеспечения возможности увеличения диаметра стента до необходимого размера в месте установки), высокие прочность и жесткость (для обеспечения радиальной устойчивости в процессе эксплуатации), высокая рентгеноконтрастность (для хорошей видимости в антиографе и ретгеновском томографе), биосовместимость с организмом (для предотвращения возможных реакций отторжения стента). Основными используемыми материалами для производства металлических стентов являются нержавеющая сталь (316Ь 88, ОЗХ17Н14МЗ), платиноиридиевые сплавы, тантал, нитинол, кобальтохромовые сплавы, титан и его сплавы, чистое железо и магниевые сплавы.

Нержавеющая сталь 316Ь 88 или ОЗХ17Н14МЗ является наиболее используемым материалом для производства стентов с покрытием и без покрытия. Стенты из нержавеющей стали имеют подходящие механические свойства (Таблица) и отличную коррозионную стойкость.

Таблица

Механические свойства металлических материалов, используемых для производства стентов [ 1 ]

Материал Е, МПа ст0.2, МПа ств, МПа р, г/см3

316Ь 88 190 331 586 7,9

Тантал (отожженный) 185 138 207 16,6

Титан (холоднокатаный 30%) 110 485 760 4,5

Нитинол

аустенитная структура 83 195-690 895 6,7

мартенситная структура 28-41 70-140

Кобальтохромовый сплав Ь605 210 448-648 951-1220 9,2

Чистое железо (Ре) 211,4 120-150 180-210 7,87

Магниевый сплав \VE43 44 162 250 1,84

Однако клиническое применение нержавеющей стали ограничено ферромагнитной природой сплава и низкой плотностью. Эти свойства делают нержавеющую сталь плохо видимой в рентгеновском излучении и магнитно-резонансной томографии (МРТ) [1]. Имплантаты из нержавеющей стали могут вызывать аллергию на никель. В частности, присутствие ионов никеля, хрома и молибдена вызывают местные иммунные реакции и воспаление. Для покрытия стентов из

нержавеющих сталей используют различные материалы с целью улучшения видимости в рентгеновских лучах и улучшения биосовместимости.

Платиноиридиевые сплавы. Сплавы системы Pt-Ir (90 % Pt и 10 % Ir) используются для изготовления стентов без покрытия, такие стенты успешно прошли испытания на животных. Платиноиридиевые сплавы показывают отличную рентгеноконтрастность, что делает возможным получение трехмерных изображений при использовании МРТ. В основном эти сплавы имеют высокую коррозионную стойкость, но низкие механические свойства. В процессе исследования этих стентов наблюдалось незначительное тромбообразование и разрастание неоинтимы, а также незначительные воспалительные реакции, но процент отторжения стентов из платиноиридиевых сплавов (16 %) выше, чем у стентов из нержавеющих сталей (5 %). Результаты клинических испытаний свидетельствуют, что использование этих стентов безопасно и эффективно [1].

Тантал имеет хорошую биосовместимость [2, 3] и высокую коррозионную стойкость. Часто танталом покрывают поверхность стентов из нержавеющих сталей для улучшения коррозионной стойкости и повышения биосовместимости стента. Он отлично виден в рентгеновских лучах и при МРТ [4]. Коммерческие возможности танталовых стентов намного меньше, чем стентов из нержавеющих сталей. Главная причина этого - более низкие механические свойства по сравнению с нержавеющими сталями. Предел текучести тантала близок к пределу прочности, из-за этого танталовые стенты имеют высокую вероятность поломки во время развертывания. Поэтому давление развертывания этих стентов обычно низкое и это может привести к смещению стента. Процент смещения танталовых стентов значительно выше по сравнению со стентами из нержавеющей стали, что приводит к более сильному разрастанию клеток интимы вследствие раздражения внутренней стенки сосудов (артерий). В настоящее время существуют режимы обработки тантала с получение мелкозернистой структуры и оптимальными свойствами (а0,2 до 600 МПа, и относительное удлинение около 30 %) для изготовления стентов [5].

Титан и его сплавы, имеющие отличную биосовместимость, высокую коррозионную стойкость, интенсивно используются в ортопедии и стоматологии. Из-за недостаточных механических свойств чистый титан как материал для производства стентов невыгоден, но для улучшения биосовместимости титан может использоваться как покрытие для стентов из нержавеющих сталей. Такие стенты показывают положительные результаты в клинических испытаниях [1, 6].

Сплавы на основе титана с танталом или ниобием, показывающие отличную гемосовместимость, также имеют высокий предел прочности и они весьма перспективны для изготовления стентов.Вопрос совместимости сплавов на основе титана в значительной степени зависит от легирующих элементов, переход которых в среду даже при очень малых скоростях коррозии может создавать токсичность или вызывать нежелательные явления в организме, где имплантируется сплав. Требованиям, предъявляемым к биосовместимым материалам в достаточной мере соответствуют промышленные сплавы - ВТ6С, ВТ8, ВТ 14, ВТ 16 и ВТ23 [6].

Нитинол (никелид титана) - один из интенсивно используемых сплавов для изготовления стентов содержит 49,5-57,5% Ni, остальное - титан. Он имеет необходимые механические свойства (табл.) и устойчивость к коррозии. Его применяют для изготовления саморасправляющихся стентов, главным образом из-за эффекта памяти формы и сверхупругости. Эти свойства позволяют создавать конструкции, изменяющие свою форму при нагреве. Восстановление после пластической деформации - 8,5-10 %. Плохо виден в рентгеновском излучении, что вынуждает использовать МРТ. В настоящее время множество стентов изготавливают из нитинола, в основном, из-за его эффекта памяти формы[7, 8, 9].

Сплавы на основе кобальта обычно имеют отличные характеристики: биосовместимость, прочность, отсутствие ферромагнетизма и высокую сопротивляемость коррозии и изнашиванию. Например, сплав кобальта L605 (Со - основа, Сг 19-21 %, W 14-16 %, Ni 9-11 %, Fe 3 %, Mn 1-2 %, Si, С, S, < 0,5 %) является более прочным материалом по сравнению с нержавеющей сталью, что позволяет делать элементы ячеи более тонкими (на 20 % по сравнению с нерж. ст.), сохранив при этом радиальную прочность стента и хорошую рентгеноконтрастность [1, 10].

Чистое железо и магниевые сплавы - это два материала используемые с недавнего времени для производства биоразлагаемых коронарных стентов.

Чистое железо (более 99,5 %). У железа самый высокий модуль эластичности из металлов используемых для стентирования. Предел текучести и предел прочности близки друг к другу, что,

теоретически, может привести к разрушению конструкции при развертывании. Однако, испытания на животных (кроликах) показали, что такие стенты успешно устанавливаются в артерии с давлением (расширяющим баллоны) от 3,5 до 10 атм. Для наблюдения установки таких стентов используется рентген. Биоразложение предполагает окисление железа и растворение его в биологической среде. Двухвалентные ионы железа замедляют разрастание тканей [1].

Магний и его сплавы ранее использовались для изготовления биоразлагаемых ортопедических имплантатов [11, 12]. Однако в области коронарных стентов этот материал является новым. Коррозионные и механические свойства чистого магния не соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам для стентов, но магниевые сплавы с повышенными механическими (табл. 2) и коррозионными свойствами АЕ21 и WE43 используют для производства стентов. Сплав АЕ21 содержит 2 % алюминия и 1 % редкоземельных металлов, сплав WE43 - 3,7-4,3 % иттрия, 0,4-0,6 % циркония и 2,4-3,4 % редкоземельных металлов. Эти сплавы имеют низкую пластичность, поэтому стенты из них могут быть повреждены при установке [12].

ЛИТЕРАТУРА

1. Mani Gopinath, Feldman Marc D.,Patel Devang, Agrawal C. Mauli. Coronary stents: a materials perspective. // Biomaterials. - 2007. - Vol. 28. - P. 1689 - 1710.

2. Matsuno H, Yokoyama A, Watari F,Uo M, Kawasaki T. Biocompatability and osteogenesis of refractory metal implants, titanium, hafnium, niobium, tantalum and rhenium. // Biomaterials. - 2001. - Vol. 22(11).-P. 1253-62.

3. Leng YX, Chen JY, Yang P, Sun H, Wang J, Huang N. The biocompatibility of the tantalum and tantalum oxyde films synthesized by pulse metal vacuum arc source deposition. Nucl Instrum Methods Phys Res Sec B: // Beam Interact Mater Atoms. -2006. - Vol. 242(1-2). - P. 30-2.

4. Matsumoto A, TeitelbaumG, Barth K, Carvlin M, Savin M, Strecker E. Tantalum vascular stent: in vivo evaluation with MR imaging. // Radiology. - 1989. - Vol. 170. - P. 753-5.

5. Папиров И. И., Тихоновский Н. А., Шокуров В. С., Пикалов А. И., Сивцов В. С., Старожилов Г. Е., Емлянинова Т. Г., Мазин А. П., Шкуропатенко В. А. Получение мелкозернистого тантала. // Вестник Харьковского университета. - 2005. - №664. - С. 99-102.

6. Региональная наука. Проекты. Уральский регион. - Электрон, дан. - Режим доступа: http://www-old.extech.ru/regions/program/ural_d/project/prj4_6.htm.

7. Stoeckel D, Pelton A, Duerig Т. Self-expanding nitinol stents: material and design considerations. //Eur Radiol.-2004.-Vol. 14(2).-P. 292-301.

8. Trepanier C, Venugopalan R, Pelton A. Corrosion resistance and biocompatibility of passivated NiTi. In: Yahia LH, editor. Shape memory implants. // New York: Springer. - 2000. - P. 35-45.

9. Хирургические вмешательства под контролем лучевых методов диагностики МЦВМ. Профсоюзная клиника (Московский Центр Высокотехнологичной медицины). - Режим доступа: http://www.mchm.rU/ru/catalogcont/science/5/83/.

10. UNS R30605 Сплав UDIMET® L-605. - Электрон, дан. - Режим доступа: http://www.bibusmetals.com.ua/dload/udimetL-605.pdf.

11. Heublein В., Rohde R., Kaese V., Niemeyer М., Hartung W., Haverich A. Biocorrosion of magnesium alloys: a new principle in cardiovascular implant technology? // Heart. - 2003. - Vol. 89(6). - P. 651-6.

12. Staiger M, Pietak A, Huadmai J, Dias G. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: a review. Biomaterials. - 2006. - Vol. 27(9). - P. 1728-34.

cyberleninka.ru

3D-печать: почти идеальные импланты из нитинола

Образец 3D-системы доставки лекарств из пористого нитинола, полученный методом селективного лазерного спекания. Фото Игоря Шишковского, ФИАН.

Всё больше технологии 3D-печати находят применение в медицине. Но если, например, биопечать органов — дело будущего, то 3D-печать имплантов из различных биосовместимых материалов уже возможна сегодня. Недавно Физический институт РАН (ФИАН) сообщил о разработке послойного синтеза объёмных изделий из никелида титана, которые могут использоваться в качестве имплантов, для адресной доставки лекарств и в тканевой инженерии — в качестве матрикса («каркаса») для создания утраченных тканей непосредственно в живом организме. В поры такого матрикса вносятся клетки пациента, из которых и происходит рост ткани. Матриксы затем остаются вживлёнными в новую структуру.

Никелид титана (нитинол) — перспективный материал для имплантов и матрикса, поскольку не только биосовместим, но и суперпластичен, обладает эффектом памяти формы, высокой коррозионной стойкостью. До сих пор его изготавливали литейным способом, и полученные таким образом изделия требовали дальнейшей доработки с учётом индивидуальных особенностей пациента. Очевидно, что точность формирования поверхности изделия, изменения её шероховатости сильно зависят от точности настройки соответствующего оборудования и задаваемых параметров. А это в свою очередь влияет на успешность установки импланта.

3D-печать модели требуемого участка организма (например, участка кости) на основе данных компьютерной томографии избавлена от этих проблем. Один из применяемых методов 3D-печати — технология селективного лазерного спекания (плавления). С её помощью можно получать и беспористые импланты, и матриксы с контролируемой пористостью. Меняя дизайн внутренней структуры поровых каналов, можно интенсифицировать прорастание соединительных тканей в матрикс, увеличить площадь соприкосновения (а вместе с ней и механическую прочность) между имплантом и костью. Пористые каналы предполагается насыщать лекарственными препаратами — для активации вживления, предотвращения некроза клеток. Но до сих пор синтез объёмных изделий из нитинола послойным лазерным плавлением не находил применения из-за трудности подбора параметров процесса. Кроме того, полученное изделие требовало последующей термообработки, чтобы избежать деформации, трещинообразования и разрывов в объёме при остывании продукта.

Сотрудники Самарского отделения ФИАНа после многочисленных экспериментов нашли оптимальные условия получения 3D-изделий из нитинола, не требующих дальнейшей доводки. Получаемые по новой технологии образцы имеют в 1,5—2 раза более высокую микротвёрдость по сравнению с литыми изделиями, что расширяет их применение: не только для тканевых конструкций, но и при имплантации высоконагруженных участков скелета в ортопедии, в челюстно-лицевой хирургии. В ходе исследований специалисты ФИАНа обнаружили, что размер пор такого материала для успешного прорастания стволовых клеток должен быть соизмерим с размерами самих стволовых клеток — не больше и не меньше.

Эффект памяти формы, присущий нитинолу, физики использовали для разработки системы контролируемой доставки лекарств. Например, имплантированная капсула из нитинола, в порах которой находится лекарство, при повышении температуры пациента меняет свою форму и расстояния между порами, в результате лекарство высвобождается и поступает к больному участку. При выздоровлении температура тела снижается, капсула возвращается к «холодной» форме, расстояния между порами восстанавливаются и выход лекарства прекращается.

Сейчас физики ведут совместные эксперименты с биологами с тем, чтобы выявить оптимальные характеристики образцов.

www.nkj.ru

Необычные свойства нитинола и его применение в медицине

ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ

Необычные свойства нитинола и его применение в медицине

Энговатов В.А.

Научный руководитель: к.м.н. Труфанова Ю.Ю.

ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ

Кафедра пропедевтики стоматологических заболеваний

Никелид титана (нитинол) представляет собой сплав никеля и титана (55% никеля, 45% титана). Сплав обладает уникальным свойством, которое было открыто в 1961 году американскими учеными Уильямом Бюлером и Фредериком Вангом. Это необычное свойство называется "Памятью формы". При деформации изделий из нитинола и последующем нагревании изделие возвращается к изначальной форме. Температура активации этого сплава - около 40 градусов. При изменении температуры кристаллическая решетка никелида титана меняет конфигурацию: из одной фазы в другую. Помимо этого, нитинол в 10 раз эластичнее любого металла.

Попытки найти применение сплаву с такими необычными свойствами производились лишь спустя несколько лет после его открытия. Эта задержка возникла по причине чрезвычайной трудности создания этого сплава: соблюдения пропорций веществ, плавления, переработки и обработки металла.

При восстановлении формы нитинол способен совершать работу. Именно этот факт позволил использовать нитинол в медицине. С помощью нитиноловых фиксаторов соединяются и выпрямляются сломанные части костей. Нитиноловая спираль способна восстановить сечение поврежденного сосуда в организме человека.

В стоматологии тоже найдено применение этому сплаву. Для ортодонтии открытие свойств нитинола было настоящим прорывом. Ранее дуги для брекетов делались из стали, и чтобы подкрутить их пациент должен был приходить к врачу каждую неделю, что вызывало страшную боль. Современные дуги в стоматологии делают из нитиноловой проволоки. Этот металл оказывает постоянное давление на зубы в течение долгого времени, доведя их в итоге до нужной формы. Это позволило уменьшить количество посещений врача-стоматолога и в целом упростить процедуру исправления прикуса.

К главным недостаткам никелида титана относятся высокая цена, сложность процесса изготовления и сварки. Существует мнение, что ионы никеля способны выходить из состава сплава. Этот факт также не позволяет использовать нитинол в любой отрасли медицины. Проводились исследования относительно токсичности и канцерогенности сплавов никеля. Результаты этих тестов неоднозначны. Некоторые ученые считают никель опасным аллергическим материалом, другие же считают нитинол безопасным для тканей человека.

Таким образом, несмотря на пристальный интерес к никелиду титана, сведения о его совместимости с клетками и тканями человека являются неполными и противоречивыми.

medconfer.com

металл с эффектом памяти формы.

Для большинства людей, в восприятии окружающего мира, одним из устойчивых понятий является – прочность, надежность и устойчивость формы металлических изделий и конструкций из него, которые стабильны в своей форме, если их не подвергают критическому воздействию.

Мифы и заблуждения

Долгие годы процесс неупругой деформации считалась абсолютно необратимым. В шестидесятых годах 20 века американские ученые Уильям Бюлер и Фредерик Ванг открыли целый класс металлических сплавов, процесс неупругой деформации в которых происходит по средствам структурных превращений.

В них при нагревании, после предварительной деформации, происходит процесс возврата к исходной форме.

Активизация такого материала происходит при t приблизительно 40 градусов. Смена температуры воздействует на кристаллическую решетку нитинола, которая изменяет свою конфигурацию, переходя из одной фазы в другую.


Материалы данного класса показали, что процесс неупругого деформирования – вполне обратим.

Произвольная смена форм осуществляется в изотермических условиях и при смене температуры. Явление запоминания формы невозможно подавить значительным силовым воздействием, а степень реактивных напряжений способна приближаться до 1000-1300Мпа.

Эффект памяти формы

Эффект памяти формы —  возобновление изначальной формы под действием тепла, наблюдающееся у определенных материалов в следствии предварительной деформации.

ЭПФ проявляется в следующем- металл, обладающий заданои формой в аустенитном состоянии под воздействием повышенной t, деформируются в следствии снижнной t мартенситных превращений. В следствии перегревания, возобновляется первичный вид металла.

ЭПФ присущ материалам обладающим термоупругими мартенситными превращениями, когерентностью решеток первичной аустенитной и мартенситной фаз, низким значением гистерезиса структурного превращения, а также несущественными сменами объема при превращениях.

НИТИНОЛ

Одним из самых изученных и широко применяемых сплавов обладающих эффектом памяти формы, по праву считается никелид титана, он же нитинол.
Нитинол представляет собой интерметаллическое соединение эквиатомного состава с 55% никеля, 45% титана. t плавления сплава — 1240—1310  C, плотность — 6,45 г/см3.

Никелид титана может быть датчиком или находиться в роли исполнительного механизма.

Другими словами, в этом материале есть свои датчики, которые способны фиксировать внешнее воздействие, проводить обработку, и даже осуществлять контроль над ними в режиме реального времени. Перестройка структуры может осуществляться самостоятельно, или передаваться по ЭВМ, которые программируют, с учетом требований к конструкции, условиям эксплуатации, характеристик материала и т.д.

Свойства нитинола:
  • достаточно сильная коррозионностойкость;
  • высокая степень:
  • прочности;
  • запоминания и восстановления формы;
  • поглощения энергии вибрации, которая зависит от напряжений в материале.
  • уровень деформации в пределах 8 % - абсолютно восстановим;
  • степень напряжения восстановления достигает до 800 МПа;
  • хорошая биологическая совместимость;
  • помимо этого, нитинол в 10 раз эластичнее любого металла.

Существенным минусом никелида титана является плохая технологичность (сложность выдержки пропорций элементов, плавления, переработки, сварки и обработки металла) и большая стоимость.

Малая технологичность заключается в том, что титан, входящий в состав способствует легкому присоединению азота и кислорода и для предотвращения окисления требуется использование вакуумирования.

В следствии высокой степени прочности сплава, затрудняется его обработка для изготовления деталей, а тем более способом резания.
Учитывая особые свойства нитинола, даже при существенно высокой стоимости, масштабное его производство и изделий из него, также, как и сплавов системы Медь-Цинк- Алюминий, нашли широкое применение в различных видах промышленности и рыночный сбыт.

Немножко науки

Как мы уже говорили, нитинол на 55% состоит из никеля и на 45% из титана.
Однако, варьируя проценты их содержания, можно значительно корректировать температуры фазовых переходов и воздействовать на ширину гистерезиса фазовой диаграммы. В различных материалах с ЭПФ период t фазовых переходов находится в пределах от 4,2 до 1300 К.

Гистерезис - (греч.то, что отстает, поздний) некая зависимость изменения физической величины, которая характеризует определенное состояние или свойство тела, от изменения физической величины, характеризующей внешние условия. Гистерезис обусловлен необратимыми изменениями в теле, которые возникают от действия внешних факторов, в результате чего тело, из-за остановки влияния на него, характеризуется так называемыми остаточными характеристиками (остаточным намагничиванием, электризацией, деформацией и т.п).

Рис. 1.3. Влияние t на фазовый состав сплава с обратимыми мартенситными превращениями.

t мартенситных превращений (ТМП) коррелируются с общим составом материала. Обогащение его ткимим элементами, как железо, марганец, хром, ванадий, кобальт способствуют уменьшению Мн и Мк до –1960С, а добавление в содержание цинка, ниобия, тантала– к росту этих значений (до +100С). Медь и кремний имеют несущественное воздействие на t превращений.

Применение металла с памятью

Есть мнение, что ионы никеля могут выходить из состава сплава.

Этот факт делает невозможным  использование нитинола в каждой медицинской отрасли. Поскольку проведенные эксперименты, на счет токсичности и канцерогенности сплавов никеля, имеют неоднозначные результаты. А часть ученых вообще считают его опасным аллергеном, а другие придерживаются мнения ,что он совершенно безопасен для тканей человека.

Даже несмотря на то, что никелид титана наиболее изученный материал с памятью формы, на 100% утверждать о его полной совместимости с клетками и тканями человека мы не можем.

Это интересно
В Канадском Университете Ватерлоо создали сплав способный запомнить сразу более одной ранее заданной формы. Технология создания металла с памятью формы заключается в создании определенных переходных фаз, способных реагировать на различные температуры и могут плавно менять форму предмета. Каждое изменение формы привязано к определенной температуре, что позволяет создавать различные подвижные механизмы, такие как манипуляторы роботов, ловкие, но без сложной кинематики.

ЭПФ широко применяют в:

  • медицине,
  • стоматологии,
  • космическом строительстве,
  • изготовлении двигателей,
  • при производстве эксклюзивных ювелирных изделий и высокотехнологичной одежды.
  1. Украшения декорируют цветками, которые в результате касания тела, раскрывают бутоны, демонстрирую находящийся внутри драгоценный камень.
  2. А совсем недавно брэнд СогроNova (Италия) предложил элемент мужской одежды, в котором на пять нейлоновых волокон приходится одна проволока из нитинола.
    "Фишками" такой рубашки были рукава, которые при нагревании до t 35 C закатить, далее охладить и опустить, то при последующем достижении t 35 C рукава закатываются самостоятельно. Но главная ее особенность в том, что после глажки при t 50 C она запоминает форму, и после многократного комканья, при воздействии тепла, до нагревания до той же температуры вновь станет, словно свежевыглаженная.
  3. В строительстве космических объектов, при открытии ближнего и дальнего космического пространства, существует ряд сложностей с осуществлением доставки и монтажа различных громоздких конструкций в открытое пространство.

    Так вот, из нитинола создают антенны, конструкция которых состоит из листов и стержней, скрученных в спираль и помещенных в специальный люк в спутнике. Когда он выходит на орбиту, антенна нагревается солнечным излучением и отправляется наружу.
    Отдельной сложностью является соединение громоздких космических объектов в просторах космоса, доставка которых возможна исключительно отдельными частями,  а к сожалению стандартные способы объединения элементов, по средствам сварки, пайки, склеивания, клепки и других, в космосе - невозможны, поскольку существуют специальные максимально повышенные требования по технике безопасности.
    Учитывая эту специфику, была разработана эксклюзивная технология по соединению деталей в космосе с задействованием муфт из металла ТН-1.  Ее использовали в процессе соединения конструкции фермы из алюминиевых сплавов длинной в 14,5 м) с поперечным квадратным сечением со сторонами 0,5х0,5 метра. Ферма была выполнена из обособленных трубчатых элементов ф 28 мм, соединенных нитиноловой муфтой, обладающей ЭПФ.

Можно еще много рассказывать о сферах применения нитинола, в строительстве (высотное, сейсмостойкое, гидросторительство( мосты, дамбы, трубопроводы), в машино- и станкостроении, в медицине и стоматологии и т.д., важно то, что за последние 25 лет конструкционные материалы с памятью получили широкое применение именно в авиа-космическом строительсве.

Благодаря открытию материалов с ЭПФ открылись возможности сосдания перспективных самолетов, ракет, больших космических конструкций, обеспечивающих высокие пилотажные характеристики, низкие уровни шума и вибраций, а также гарантирующий полный мониторинг их состояния.

Создание подобных конструкций - шаг к внедрению новых структурных технологий, включающих разработку материалов, испытание, анализ, проектирование, производство и техническое обслуживание

В последенее время создание новых конструкционных (функциональных) материалов, а так же разработка технологий их создания, необходимы для обеспечения конкурентоспособности высокотехнологичных секторов промышленности и экономики страны.

Опубликовано: 11.04.2017

vikant.com.ua


Смотрите также

© Copyright Tomo-tomo.ru
Карта сайта, XML.

Приём ведут профессора, доценты и ассистенты

кафедры лучевой диагностики и новых медицинских технологий

Института повышения квалификации ФМБА России