Ежегодно в мире проводится несколько миллионов восстановительных операций с замещением костной ткани металлическими имплантатами и эндопротезами. Такие операции характерны для челюстно-лицевой и нейрохирургии, травматологии, ортопедии, стоматологии.
Главное требование, предъявляемое к любому имплантату, это надежность - способность выполнять функции замещения костной ткани, в течение длительного времени. Надежность в первую очередь обусловлена возможностью остеоинтеграции, т.е. прочного врастания имплантата в кость без воспалительных реакций, способствующих отторжению имплантата. Имплантат должен быть изготовлен из биосовместимого материала, обладать достаточной прочностью и иметь большую площадь поверхности, контактирующей с костью. С точки зрения пациента имплантат должен быть и не слишком дорогим, а значит, конструкция его должна быть технологичной.
Среди металлов, которые используются для имплантации, доля титана и его сплавов, наилучших для имплантологии, в смысле биосовместимости и удельной прочности, составляет примерно 5%. Это объясняется низкой технологичностью титана, а, следовательно, дороговизной имплантатов, которые изготавливают, в основном, механической обработкой. Кроме того, достаточно сложна финишная обработка контактирующих с костью поверхностей. Практически нет литых имплантатов, хотя литье титановых сплавов широко применяется в аэрокосмической промышленности. Дело в том, что чистый титан обладает низкими литейными свойствами, а его литейные сплавы содержат компоненты (никель, ванадий и т.д.), оказывающие вредное воздействие на окружающие имплантат ткани.
Для расширения сферы применения титана в медицине необходимы прочные специальные сплавы, новые конструкции имплантатов и современные технологии их производства.
Разработкой и производством имплантатов и эндопротезов в мире занимаются десятки фирм. В большинстве известных конструкций фиксация имплантата в кости происходит по его наружной поверхности. Для увеличения площади контакта на поверхности наносят элементы макроретенции - насечки, углубления или напыляют специальные покрытия. В стоматологии применяются винтовые имплантаты, поверхности которых обрабатывается так, чтобы получить специальный микрорельеф, увеличивающий площадь контакта.
В последние годы появились пористые имплантаты, получаемые литьем (блоки «коралл-металл» из кобальто-хромового сплава фирмы ESKA Implants GmbH & Co., или спеканием титановых гранул (стоматологические имплантаты Endopore® фирмы Innova Corp.). Наиболее совершенными (и дорогими) являются эндопротезы с пористой поверхностью Spongiosa Metal II (ESKA Implants), состоящей из слоя пространственных многолучевых «звездочек». Фиксация пористого имплантата происходит не только по наружной поверхности, но и за счет прорастания ткани внутрь пор. Однако пористые поверхности упомянутых имплантатов нерегулярны, т.е. ячейки имеют разные размеры, возможны полностью монолитные зоны. Прорастающая в поры костная ткань не всегда обеспечивается достаточным питанием, что может привести к остеопорозу и другим осложнениям.
Все имплантационные системы являются унифицированными, т.е. выпускаются имплантаты разных размеров, но одинаковой формы. Это накладывает серьезные ограничения на применение имплантации в сложных случаях. Например, противопоказанием к использованию эндопротеза коленного сустава МС фирмы LIMA LTO (Италия) является тяжелая деформация кости, при которой невозможна центровка прямых ножек.
В челюстно-лицевой и нейрохирургии применяются титановые имплантаты в виде перфорированных пластин, которые подгоняются по месту во время операции. Это увеличивает время операции (нахождения пациента под общим наркозом), приводит к деформации крепежных отверстий, а, главное, возникновению зон концентрации напряжений, снижающих прочность имплантата.
Выходом из положения является применение индивидуализированных имплантатов, проектируемых по результатам компьютерной диагностики. Но быстро и качественно изготовить такой имплантат традиционными методами практически невозможно. Решить проблему позволяет практическая реализации концепции компактного интеллектуального производства (КИПр), сочетающего высокие технологии автоматизированного проектирования (CAD) и быстрого прототипирования (RAPID PROTOTYPING) с современными производственными и управленческими технологиями.
В начале 90-х годов в рамках конверсионных программ были начаты исследования в области адаптации литейных титановых сплавов к требованиям имплантологии. На базе сплава ВТ20Л был создан экспериментальный сплав ЛТС314. Он биоинертен и обладает достаточно высокими механическими и технологическими характеристиками, но имеет ряд недостатков, препятствующих его широкому внедрению.
Хорошие литейные свойства ЛТС314 позволили поставить вопрос о создании ажурных конструкций имплантатов и эндопротезов с регулярной пористой поверхностью и разработке технологии их литья. Сотрудниками Центра быстрого прототипирования (ЦБП) ОАО «НИИТавтопром» было предложено использовать стереолитографические (СЛ) модели вместо выжигаемых моделей из полистирола. По таким моделям методом центробежного литья было получено несколько экспериментальных образцов пористых имплантатов с упорядоченной пространственной структурой (Рис 1.). Качество образцов подтвердило перспективность избранного направления, однако из-за отсутствия финансирования работы были приостановлены.
Результаты исследований позволили сформулировать концепцию создания имплантатов с направленной регенерацией костной ткани (ИНР) и наметить основные направления развития технологий их производства.
ИНР - это регулярные пространственные решетки, в которые прорастает костная ткань, надежно фиксируя имплантат и по наружной, и по внутренним поверхностям.. Ячейки пор – многогранники, образованные стержнями малого диаметра (
med-tech.com.ua