ES2205171T3

ES2205171T3 - Articulacion artificial.

Info

Publication number: ES2205171T3
Application number: ES97903208T
Authority: ES
Inventors: Manfred Semlitsch
Original assignee: Zimmer GmbH
Current assignee: Zimmer GmbH
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: EP1340477A2; EP0892627A1; CZ327398A3; CA2251334A1; CA2251334C; CN1204855C; AU1764797A; RU2182474C2; DE59710619D1; EP1767170A3; EP1340477B1; JP2000508212A; AU716129B2; CN1204953A; JP4131750B2; PL329283A1; EP1340477A3; PL186803B1; US6126695A; EP1767170A2

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA GEOMETRIA QUE PERMITE EMPLEAR MATERIALES METALICOS DEL MISMO TIPO Y RESISTENTES AL DESGASTE, COMO PROTASUL 21 WF PARA EL SOPORTE DE COJINETE (1) Y LA BOLA DE ARTICULACION (2) DENTRO DE UN COJINETE ESFERICO, SIN QUE SE PRODUZCAN MICROSOLDADURAS NI UN DESGASTE EXCESIVO, PERMITIENDO QUE OTRAS CARACTERISTICAS, COMO TENACIDAD, ESTABILIDAD DE FORMA Y ELASTICIDAD SEAN APROVECHADAS PARA LA FUNCION. MEDIANTE UNA RELACION ADECUADA ENTRE LOS RADIOS INTERMEDIOS, RM, IM DE LAS SUPERFICIES DE SOPORTE A Y B, ASI COMO DE LAS VARIACIONES DE FORMA (12, 13) PERMISIBLES Y DE LA RUGOSIDAD PERMISIBLE DE LAS SUPERFICIES DE SOPORTE, SE EVITAN LAS MICROSOLDADURAS DEL MATERIAL METALICO DEL MISMO TIPO.

Description

Articulación artificial, en particular articulación artificial de cadera.

La invención se refiere a una articulación artificial, en particular a una articulación artificial de cadera con las características de la reivindicación 1.

Las articulaciones artificiales exigen el emparejamiento del material de los cuerpos de apoyo que se mueven mutuamente entre sí, y que tengan buenas características de resistencia para la marcha en seco. El planteamiento clásico en la combinación de materiales consiste por lo tanto también en el emparejamiento de componentes desiguales. Así se combinan casquillos de apoyo relativamente blandos, de polietileno, con cabezas de articulación duras de metal o de cerámica, y en las partes primeras de las articulaciones de cadera artificiales, se combinan entre sí materiales metálicos de diferente dureza y resistencia al desgaste.

A pesar de todos los esfuerzos no se ha podido eliminar nunca totalmente con estas combinaciones de materiales el desgaste de los elementos intervinientes. En el caso del polietileno se produce, por ejemplo, una erosión en la articulación de cadera debido a la cual la superficie de apoyo se va retrasando anualmente en aprox. 0,2 mm en la dirección de la fuerza principal, y también en las superficies metálicas se producen manifestaciones de desgaste en las superficies debido a cargas puntuales y microsoldaduras, que una vez que han empezado, afectan muy rápidamente a toda la superficie de asiento.

En la publicación STREICHER: "Untersuchung des tribologischen Verhaltens von Metall/Metall Kombinationen für künstliche Hüftgelenke" (Investigación del comportamiento tribológico de combinaciones metal/metal para articulaciones de cadera artificiales) (BIOMEDIZINISCHE TECHNIK, Tomo 35, Número 5, 1990, Berlín, DE, págs. 107-111), se describen disposiciones de ensayo que permiten efectuar una medición bastante exacta del desgaste, en el curso de los ensayes de desgaste, en articulaciones de cadera artificiales. Se investigó el desgaste entre aleaciones CoCrMo iguales así como de una aleación CoCrMo tomando a UHMWPE como referencia. Se investigaron emparejamientos con distinta holgura entre la bola y la cazoleta. La evaluación de los ensayos se realizó mediante la captación permanente del momento de fricción así como mediante la medición periódica de los componentes del implante. Además se aplicó el método de la activación de capa delgada para poder determinar incluso unos niveles de desgaste pequeños. La evaluación muestra sólo una dependencia escasa entre el rozamiento y la velocidad de deslizamiento, así como un momento de fricción superior de la aleación de fundición CoCrMo frente a sí misma, incluso en comparación con el polietileno. Una reducción del diámetro de apoyo en la zona de un apoyo con emparejamiento polímero/metal ofreció para el emparejamiento de CoCrMo-aleaciones de forja unas pérdidas de fricción semejantes a las del emparejamiento polímero/metal. En cuanto al desgaste se muestra, a igualdad de holgura, la influencia del diámetro de apoyo. Además se muestra que el momento de rozamiento en un emparejamiento metal/metal puede disminuir después de una fase de rodaje con un momento de rozamiento superior. No se indica qué geometría inicial se necesita para conseguir emparejamientos de bajo desgaste, ni se muestran procedimientos que conduzcan a una mejora de la situación.

Una articulación artificial con superficies de apoyo metálicas, que satisface determinadas condiciones geométricas, se conoce por la patente WO 97/16138 A1. Este documento entra dentro del artículo 54(3) de la UEP.

El objetivo de la invención es el de crear una articulación artificial con el menor desgaste posible así como un procedimiento para la fabricación de una articulación de esta clase.

La solución de este objetivo se alcanza, por una parte, mediante las características del dispositivo de la reivindicación independiente 1, según el cual el casquillo de apoyo y la cabeza de la articulación son de un material metálico resistente al desgaste, presentando la superficie A un radio medio R_{m} y la superficie B un radio medio r_{m}, siendo su diferencia 35 \mum < R_{m}-r_{m} < 85 \mum, siendo el error de forma de la superficie A a lo largo de un ángulo de 90º < \alpha < 180º inferior a más/menos 7,5 \mum, siendo el error de forma de la superficie B a lo largo de un ángulo \beta > 140º inferior a más/menos 2 \mum, y prolongándose la bola de la articulación fuera de la superficie B mediante una superficie retrasada C, que presenta una distancia inferior al centro M_{K} que la superficie B, mientras que la rugosidad de la superficie A corresponde a un valor R_{a} < 0,08 \mum y la rugosidad de la superficie B a un valor R_{a} < 0,08 \mum.

Mediante la fabricación, medición y emparejamiento de superficies de apoyo de un material metálico igual y resistente al desgaste se consigue entre las superficies de apoyo una geometría que, junto con el efecto capilar del líquido corporal y el empuje ascensional, impide en gran manera las microsoldaduras y el desgaste de las superficies de apoyo que se deslizan una contra la otra. Al suprimir las microsoldaduras se pueden aprovechar, en los materiales metálicos igual de resistentes al desgaste, las propiedades positivas de estos materiales tales como tenacidad, estabilidad de forma y elasticidad. Se forman superficies con una estructura homogénea, que no son atravesadas, en el caso de una carga debida a las diferencias de dureza entre la superficie del cuerpo base, ni se desprenden del cuerpo base. Al mismo tiempo las superficies están tan bien ajustadas entre sí que no se produce ninguna presión inadmisible estando parado.

Este efecto se mejora aún más si la rugosidad de las superficies A y B representa a un valor HR_{a} < 0,05 \mum.

Son especialmente adecuados materiales tales como las aleaciones de cobalto, cromo, níquel, como por ejemplo, según la norma ISO 5832/4 el material PROTASUL 21 WF de la Firma SULZER AG, si se fabrican de acuerdo con un procedimiento en el cual una generatriz circular para la forma esférica también gira, pero tiene su eje de giro inclinado respecto al eje de giro de la pieza, con el fin de rectificar, lapear y pulir una forma esférica hasta que se alcancen las tolerancias especificadas para diámetro, precisión de forma y calidad superficial.

De las reivindicaciones dependientes 2 a 5 así como 13 a 15 se deducen perfeccionamientos ventajosos de la invención. Se conocen uniones desmontables para casquillos interiores por el empleo de casquillos interiores de polietileno relativamente elástico. Éstos no se dejan aceptar por casquillos interiores de materiales metálicos de tenacidad considerablemente superior. Tanto la función como la fabricación se oponen a ello. Por eso se considera razonable unir firmemente el casquillo de apoyo por su cara exterior a un cuerpo intermedio de material plástico elástico, tal como por ejemplo polietileno, que a su vez se puede unir de forma desmontable con un casquillo exterior. En particular se pueden sustituir también casquillos de plástico implantados por el casquillo de apoyo metálico, si la unión desmontable del cuerpo intermedio es la misma y también se pueden sustituir las bolas de articulación necesarias, en cuanto a precisión, en los vástagos de las prótesis, si las bolas de articulación disponen de una unión desmontable con el vástago, por ejemplo, mediante una unión desmontable. Comoquiera que la cabeza de la articulación y el casquillo de apoyo están hechos de forma intercambiable se pueden llevar hasta la mesa de operaciones en su embalaje estéril. El control de posición de una articulación implantada se realiza todavía con bolas de articulación de manipulación que no lesionan los casquillos, mientras que las bolas de precisión solamente se colocan hacia el final.

Sorprendentemente se ha observado que para obtener un emparejamiento de bajo desgaste de metal/metal, con una rugosidad especificada R_{a}, los errores de forma de las distintas piezas juegan un papel más importante para la lubricación que la anchura de banda dentro de la cual puede estar la diferencia entre los radios medios R_{m}-r_{m}. Para un diámetro de bola usual para articulaciones artificiales de cadera que tengan, por ejemplo, un diámetro nominal de 28 mm, la diferencia entre los radios medios puede ser de 35 \mum < R_{m}-r_{m} < 85 \mum, lo que equivale a una anchura de banda de 50 \mum, si se parte de unas dimensiones de fabricación absolutas ideales y no de emparejamientos seleccionados. Tomando la mitad de esta banda quedaría para cada una de las dos partes una precisión de fabricación absoluta de 25 \mum para el radio medio R_{m} o r_{m}. Estos valores son suficientemente grandes para poder renunciar a un emparejamiento por selección, y poder emparejar por lo tanto cualquiera de las bolas con cualquier casquillo de apoyo. Ahora bien, esto sólo es posible si se domina la precisión de la forma. Esta se ha de cumplir con gran exactitud y se necesitan unos métodos de fabricación especiales para cumplir los valores exigidos para las tolerancias.

La solución del objetivo que constituye la base de la invención tiene lugar, por otra parte, por las características del procedimiento de la reivindicación independiente 6, según la cual los valores especificados de diámetro, precisión de la forma y rugosidad se consiguen porque el casquillo de apoyo se amarra, como pieza, tal como casquillo pretorneado a menor medida en la zona de la superficie de apoyo A, con su eje polar en el eje de rotación del husillo de una máquina herramienta, o porque la bola de articulación pretorneada se amarra como pieza con sobremedida en la zona de la superficie de apoyo B, con su eje de amarre D en el eje de rotación del husillo de la máquina herramienta, y porque durante la rotación de la pieza se comprime con una arista circular de su cara frontal y añadiendo un producto abrasivo, contra la superficie de apoyo A, B de la pieza un cuerpo abrasivo cilíndrico circular, que va amarrado con el eje de su cilindro en el eje de rotación de un husillo portaherramientas, cortándose el eje de rotación del husillo portaherramientas con un ángulo de desviación \gamma, \delta inferior a 90º con el eje de rotación del husillo portapiezas en un punto de intersección, y efectuándose la presión de apriete mediante el avance del husillo portaherramientas en la dirección de su eje de rotación.

Esta disposición ofrece la ventaja de que la herramienta y la pieza se tensan mutuamente en la superficies de trabajo, dentro del marco de la rigidez de los husillos en los que van amarradas. Debido al desarrollo del movimiento se produce en la pieza y en la herramienta un desgaste que da lugar forzosamente a que se forme en ambas piezas una superficie esférica. En la herramienta se forma en una arista achaflanada, en la cara frontal, una estrecha banda circular de una superficie esférica, mientras que en la pieza se forman unas superficies esféricas A, B con la misma forma esférica. Comoquiera que cada punto de la superficie de trabajo de la herramienta ataca frente a cada punto de la superficie de mecanizado, se obtienen unos sectores A, B perfectos de superficies esféricas.

Las reivindicaciones independientes 7 a 12 representan perfeccionamientos ventajosos del procedimiento. Para elaborar la superficie de apoyo A de un casquillo de apoyo resulta ventajoso elegir el ángulo entre los ejes de rotación del casquillo de apoyo y de la herramienta entre 39º y 45º, de tal manera que se obtenga un ángulo de delimitación alfa para la superficie de apoyo lo más grande posible, porque entonces el diámetro para la generatriz y el cilindro que le corresponda se puede elegir tan grande que el ángulo de limitación \alpha pueda crecer hacia 180º, sin que este cilindro llegue a tocar el borde interior del casquillo. Por lo tanto, solamente se necesita un movimiento de avance guiado en la dirección del eje de rotación de la herramienta para obtener un ángulo de limitación \alpha grande. En el caso de un ángulo de limitación \alpha que sea considerablemente inferior a 180º, se pueden elegir diámetros de círculos mayores para la generatriz, pero sin embargo la generatriz solamente ataca como círculo interrumpido.

En la fabricación de la bola de la articulación se ha observado que una superficie de apoyo B que tenga un ángulo de limitación \beta de unos 180º y una precisión de forma de más/menos 2 \mum realmente ya es suficiente para la función de apoyo y, por una parte, todas las demás partes de la superficie de la bola de la articulación están más retiradas y, por otra parte y en estado de carga normal, el ecuador del casquillo de apoyo y de la superficie de apoyo B están orientados sensiblemente paralelos entre sí. El ángulo de desviación \gamma para una herramienta rotativa con un cilindro hueco de forma cilíndrica circular se puede ajustar dentro de unos límites mayores, por ejemplo, entre 60º hasta 20º, para generar una superficie de apoyo B. Dado que la superficie del anillo circular generatriz no llega hasta el centro de la superficie de apoyo B, incluso para un ángulo de limitación \beta superior a 180º, se puede explorar el diámetro de la bola de la articulación a través de la superficie de apoyo B durante el mecanizado, por ejemplo, mediante un palpador con superficies de palpado recubiertas de diamante, con el fin de poder extrapolar con suficiente precisión el tiempo de mecanizado restante.

Salvo el pulido del radio de entrada en el ecuador de la superficie de apoyo A del casquillo de apoyo, todas las demás operaciones necesarias para obtener la precisión del casquillo de apoyo y de la bola de la articulación se pueden llevar a cabo automáticamente en una máquina herramienta con control numérico.

El reducido desgaste de la bola y del casquillo de apoyo ofrece además la ventaja de que con la realización conforme a la invención no se necesita ninguna nueva operación de empeorar las superficies de apoyo. Por este motivo, las bolas de la articulación pueden estar incluso unidas formando una sola pieza con el vástago, en el caso de vástagos de prótesis cementados y en el caso de vástagos aplicados directamente, por ejemplo, de titanio, se pueden fijar mediante una unión de una sola vez, siempre y cuando la técnica de la operación no especifique por razones de espacio una fijación posterior de la bola en el vástago implantado. En particular, merece la pena implantar vástagos asimilados anatómicamente y firmemente anclables, que tengan una forma de vástago en S, con una anteversión de la zona proximal del cuello y con un extremo de vástago que sobresale hacia posterior en una curvatura o en un quiebro, ya que es únicamente la duración del anclaje la que determina la fecha para una nueva intervención.

A continuación se describe la invención sirviéndose de ejemplos de realización. Los dibujos muestran:

Fig. 1 esquemáticamente una sección longitudinal a través de un casquillo de apoyo;

Fig. 2a esquemáticamente una sección a través de una bola de articulación con un ángulo de limitación \beta > 180º;

Fig. 2b esquemáticamente una sección a través de una bola de articulación con un ángulo de limitación \beta < 180º;

Fig. 3 esquemáticamente y desarrollado el registro del perfil de un registro de apoyo y el de una bola de articulación, dispuestos uno frente al otro a la distancia de sus radios medios;

Fig. 4 esquemáticamente una disposición de bola de articulación y herramienta durante la fabricación en una máquina herramienta;

Fig. 5 esquemáticamente una disposición de casquillo de apoyo y herramienta, durante la fabricación en una máquina herramienta; y

Fig. 6 esquemáticamente la realización de un casquillo de apoyo que está firmemente unido a un cuerpo intermedio de plástico, que a su vez va fijado de forma desmontable en un casquillo exterior.

Con las figuras se describe una geometría que permite utilizar materiales metálicos iguales, resistentes al desgaste, tales como PROTASUL 21 WF, como casquillo de apoyo 1 y bola de articulación 2, en un cojinete esférico, sin que aparezcan microsoldaduras ni excesivo desgaste, mientras que se pueden aprovechar para la función otras propiedades tales como tenacidad, estabilidad de forma y elasticidad. Mediante una relación adecuada entre los radios medios R_{m}, r_{m} de las superficies de apoyo A y B así como de las desviaciones de forma admisibles 12, 13 y de la rugosidad admisible de las superficies de apoyo se evitan, en gran medida, las microsoldaduras del material metálico de igual clase.

En la Figura 1 está representado un casquillo de apoyo 1 para una articulación de cadera artificial, cuya superficie de apoyo esférica A se extiende en un ángulo \alpha ligeramente inferior a 180º, y que presenta una distancia R a un centro de la superficie. De forma análoga se ha representado en las Figuras 2a y 2b una bola de aplicación 2 con una superficie de apoyo esférica B que se extiende en un ángulo \beta > 140º, y que presenta una distancia r al centro M_{k} de la bola de la articulación.

Las dos bolas de la articulación de las Figuras 2a y 2b se continúan fuera de la superficie de apoyo C a través de una superficie quasiesférica C, pero que presenta una distancia menor al centro M_{k} de la superficie de apoyo B que el radio r de la superficie de apoyo C. Esta menor distancia resulta, por ejemplo, por el hecho de que antes de rectificar la cabeza de la articulación con respecto al futuro centro M_{k}, está ya achaflanada o realizada en forma cónica en la zona C. La bola de la articulación está unida a un vástago de prótesis 27 por medio de una unión cónica desmontable 6, donde el eje de amarre D del cono coincide con el eje de rotación de la superficie de apoyo B con simetría de rotación, con el fin de que la superficie de apoyo B adopte siempre la misma posición con independencia de la fijación cónica,

En la Figura 3 está representado, para las superficies esféricas A y B, respectivamente, de forma desarrollada un registro palpador a lo largo de la superficie. Partiendo de una línea base común, que no está representada, se ha dibujado a una distancia media R_{m} la superficie A a lo largo de un ángulo \alpha, y a una distancia media r_{m} la superficie B a lo largo de un ángulo \beta. Los aumentos en dirección perpendicular a la dirección de palpado es varias potencias de diez superior a la ampliación en la dirección de palpado. El error de forma accesible para la superficie A del casquillo de apoyo con respecto al radio medio R_{m} se sitúa en una anchura de banda de más/menos 7,5 \mum y la rugosidad R_{a} < 0,05 \mum. Para la superficie B de la bola, el error de forma admisible con respecto al radio medio r_{m} es de más/menos 2 gm y la rugosidad R_{a} < 0,05 \mum. Si para esta combinación la diferencia de radios medios está en los límites de 35 \mum < R_{m} - r_{m} < 85 \mum, y si como material para el casquillo de cojinete 1 y la cabeza de la articulación 2 se dispone de una aleación metálica resistente al desgaste, que lleva incorporados como cuerpos de apoyo, por ejemplo, carburos bloque, entonces, en presencia de un líquido corporal se obtienen unas cifras de capacidad de carga que a pesar de tratarse de aleaciones de los mismos metales evitan en gran medida las microsoldaduras y la destrucción de las superficies para las cargas normales que aparecen en una articulación de cadera.

La disposición de la Figura 4 se refiere a una bola de articulación 2 que va fijada con un cono interior sobre un mandril de amarre 23, perteneciendo el mandril 23 al husillo de la máquina herramienta 24, que gira alrededor de su eje de rotación 15 con una velocidad n_{k} de por ejemplo 850 rpm. Un husillo portaherramientas 20 desviado en un ángulo \gamma de por ejemplo 30º gira alrededor de su eje de rotación 16 con una velocidad de por ejemplo 2000 rpm, cortándose los dos ejes de rotación 15, 16 en un punto de intersección 25 que constituye el centro de la futura bola de la articulación 2 cuando esté terminada de mecanizar. En el husillo portaherramientas 20 va amarrado coaxial un cilindro hueco circular 18 que actúa como herramienta de mecanizado para rectificar, lapear o pulir, que con un borde inferior circular achaflanado 18i forma una generatriz con un diámetro interior di. El cilindro hueco está fabricado en los materiales usuales para rectificar sin grano aglutinado, tal como por ejemplo a base de óxidos metálicos o carburos. Añadiendo un abrasivo, que no representado y apretando la cara frontal del cilindro hueco 18 en la dirección del eje de avance y de rotación 16, se esmerilan mutuamente la superficie de la generatriz 18i y la superficie de apoyo B, dando lugar a sectores perfectos de superficies esféricas, reduciéndose muy lentamente el radio r de la superficie de apoyo B, y se aumenta la generatriz 18i para formar una banda circular abombada esféricamente. Mediante la correspondiente elección de materiales se puede mantener reducido el desgaste en esta banda. La superficie de apoyo B obtenida de este modo se puede definir con el correspondiente ángulo de limitación \beta y su dimensión depende del ángulo de desvío \gamma de la herramienta y del diámetro di de la generatriz. Por lo tanto, es posible obtener superficies de apoyo B con un ángulo de limitación \beta mayor y menor de 180º, tal como se indica en las Figuras 2a, 2b. Para un ángulo de limitación \beta > 180º, tal como en la Figura 4, se puede determinar la disminución del radio r mediante el rectificado midiendo el diámetro a través del punto de intersección 25 de los dos ejes de rotación 15, 16, con el fin de fijar el fin del rectificado para la dimensión terminada del radio r a lo largo de un tiempo extrapolable. Para el ángulo de desviación \gamma y para el diámetro interior di se puede indicar como gama preferencial 20º \leq \gamma \leq 60º y 1,8 r > Hd_{i} > 1,1 r.

En la disposición según la Figura 5 hay un casquillo de apoyo 1 amarrado en el husillo de la máquina herramienta 22 mediante un plato 21, de tal manera que coinciden el eje polar del casquillo de apoyo 1 y el eje de rotación 14 del husillo 22, girando el husillo 22 con una velocidad n_{s} de por ejemplo 850 rpm. Un husillo portaherramientas 19 está desviado un ángulo \delta, y corta con su eje de rotación 16 al eje de rotación 14 del husillo portapiezas 22, en un punto de intersección 25 que corresponde al centro de la futura superficie de apoyo A. En el husillo portaherramientas va amarrado coaxialmente, como herramienta para rectificar sin grano aglutinado, un cilindro macizo circular 17 que gira a una velocidad de por ejemplo 2050 rpm, y que con un borde exterior de su superficie frontal forma una generatriz circular 17a. Añadiendo abrasivo y avanzando la generatriz 17a en la dirección del eje de rotación 16 de la herramienta, se rectifican la superficie de apoyo A y la generatriz 17a forzosamente para dar lugar a secciones perfectas de superficies esféricas. Para poder dominar la dimensión para el radio R, se perfila de forma previsora la arista 17 dándole forma esférica. Esto tiene la ventaja de que el desgaste en la herramienta sólo da lugar a unas variaciones de medida escasas, y que se facilita el mantener un radio predeterminado R en el casquillo de apoyo 1. Para el ángulo de desvío \delta hay una gama preferente de 39º < \delta < 45º. Si el ángulo de limitación \alpha para la superficie de apoyo no ha de estar demasiado por debajo de 180º y si, por ejemplo, sólo ha de efectuarse un avance en la dirección del eje de rotación de la herramienta 16, se obtiene para el diámetro exterior da de la generatriz y para el ángulo de desvío \delta un campo de aplicación preferido.

1,6 R < \frac{^{d}{}_{a}}{cos \delta} <2,2 R.

La representación de la Figura 3 sirve para mostrar las relaciones principales relativas a las diferencias de dimensión de los radios medios R_{m}, r_{m} así como para mostrar la tolerancia 12 para el error de forma del casquillo de apoyo y la tolerancia 13 para el error de forma de la bola de la articulación, y la rugosidad de las superficies A, B. En la práctica, se vigila la calidad de las bolas de la articulación 2 efectuando mediciones de redondeo mediante un aparato de medida "Talyround", mientras que los casquillos de apoyo se exploran radialmente en una máquina de medir por su cara interior, en diferentes planos, mediante un palpador de medida para determinar, a partir de los puntos medidos, una forma esférica media y para interpolar las desviaciones de forma. El error de forma admisible para una bola de articulación 2 en la zona de la superficie de apoyo B es de más/menos 2 \mum, mientras que para la superficie de apoyo A del casquillo de apoyo se admite un error de forma de más/menos 7,5 \mum. En ambas piezas, la rugosidad R_{a} es inferior a 0,08 \mum, preferentemente inferior a 0,05 \mum.

La capacidad de carga de esta disposición prácticamente exenta de desgaste es tan conveniente que el radio para la cabeza de la articulación y para el casquillo de apoyo se puede realizar menor que en el caso de un casquillo de apoyo usual de polietileno, tal como se indica en la Figura 6. Esto quiere decir que la sustitución del casquillo de apoyo y de la cabeza de la articulación puede llevarse a cabo también en el caso de casquillos exteriores 4 implantados, que estén provistos de un casquillo de polietileno intercambiable, porque el casquillo de apoyo metálico 1 se puede dotar de un cuerpo intermedio 3 con suficiente espesor de pared, de polietileno, cuyas dimensiones exteriores se correspondan con las del casquillo de polietileno original. Para ello el cuerpo intermedio 3, firmemente unido al casquillo de apoyo 1 a través de una unión 7, puede tener un espesor de pared algo inferior a la que presentan los casquillos de apoyo de polietileno originales. Esto tiene la ventaja de que los casquillos de polietileno intercambiables que estén implantados se pueden sustituir por otro casquillo metálico correspondiente con cuerpo intermedio de polietileno. El casquillo exterior 4 en la Figura 6 presenta en hasta dos tercios de la altura de su cara exterior un dentado 9 que señala hacia el ecuador, mientras que en el tercio superior de la cara exterior hay unas puntas 11, orientadas paralelas al eje polar 10. Un casquillo exterior de esta clase se puede insertar en el hueso en un alojamiento preparado con una menor medida. Para ello, las puntas 11 pueden penetrar en un lecho óseo, que no está dibujado, mientras que el dentado orientado hacia abajo se puede deslizar a lo largo del lecho óseo con una tensión inicial, evitando en la posición final el deslizamiento hacia atrás mediante las puntas de los dientes, para conseguir así un suficiente anclaje primario.

Claims

1. Articulación artificial con un casquillo de apoyo (1) que presenta una superficie esférica cóncava A con centro M_{s}, y con una bola de articulación (2), que presenta una superficie esférica convexa B con centro M_{k}, donde

el casquillo de apoyo (1) y la cabeza de la articulación (2) son de un material metálico resistente al desgaste,

la superficie A presenta un radio medio R_{m} y la superficie B un radio medio r_{m}, siendo su diferencia 35 \mum < R_{m}-r_{m} < 85 \mum,

el error de forma de la superficie A a lo largo de un ángulo de 90º < \alpha < 180º es inferior a más/menos 7,5 \mum,

el error de forma de la superficie B a lo largo de un ángulo \beta > 140º es inferior a más/menos 2 \mum, y

la bola de la articulación (2) se prolonga fuera de la superficie B mediante una superficie retrasada C, que presenta una distancia al centro M_{k} que la superficie B, mientras que la rugosidad de la superficie A corresponde a un valor R_{a} < 0,08 \mum y la rugosidad de la superficie B a un valor R_{a} < 0,08 \mum.

2. Articulación artificial según la reivindicación 1 caracterizada porque la rugosidad de la superficie A presenta un valor HR_{a} < 0,05 \mum y la rugosidad de la superficie B un valor HR_{a} < 0,05 \mum.

3. Articulación artificial según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el casquillo de apoyo (1) está firmemente unido por su cara exterior a un cuerpo intermedio (3) a través de una unión (7), pudiendo unirse el cuerpo intermedio de forma desmontable a un casquillo exterior (4).

4. Articulación artificial según la reivindicación 3, caracterizada porque el material del cuerpo intermedio es más elástico, en más de un factor 10, que el material del casquillo de apoyo metálico.

5. Articulación artificial según la reivindicación 1, caracterizada porque la bola de la articulación se puede unir al vástago por medio de una unión cónica desmontable (6) en la dirección del eje de amarre D, para obtener, con independencia de la unión, una superficie esférica parcial B igualmente eficaz.

6. Procedimiento para la fabricación de una articulación artificial según la reivindicación 1, en la cual

el casquillo de apoyo (1) se amarra como tal pieza, como un casquillo pretorneado a menor medida en la zona de la superficie de apoyo A, con su eje polar (10) en el eje de rotación (14) del husillo de una máquina herramienta (22), o

la bola de articulación pretorneada (2) se amarra como pieza con sobremedida en la zona de la superficie de apoyo B, con su eje de amarre D en el eje de rotación (15) del husillo de la máquina herramienta, y

durante la rotación de la pieza se comprime, con una arista circular (17, 18) de su cara frontal y añadiendo un material abrasivo, contra la superficie de apoyo (A, B) de la pieza (1, 2) un cuerpo abrasivo cilíndrico circular (17, 18), que va amarrado de forma rotativa en el eje de rotación (16) del husillo de la máquina herramienta (19, 20),

donde el eje de rotación (16) del husillo portaherramientas (19, 20) con un ángulo de desvío (\gamma, \delta) inferior a 90º se corta con el eje de rotación del husillo portapiezas (14, 15) en un punto de intersección (25) y

donde la presión de apriete se obtiene avanzando el husillo portaherramientas (19, 20) en la dirección de su eje de rotación (16).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el ángulo (\delta) entre el eje de rotación (16) del husillo portaherramientas (19) y el eje de rotación (14) del husillo que lleva el casquillo de apoyo (22) está entre 45º y 39º, y porque el diámetro exterior da de la arista de forma circular (17a) está elegida de tal manera que se cumpla

1,6 R < \frac{^{d}{}_{a}}{cos \delta} <2,2 R.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el ángulo (\gamma) entre el eje de rotación (16) del husillo portaherramientas (20) y el eje de rotación (15) del husillo que lleva la bola de la articulación (24) está entre 20º y 60º, y porque el diámetro interior Hdi de la arista circular (18i) satisface la condición 1, 8 r > d_{i} > 1, 1 r.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la pieza como casquillo de apoyo (1) gira con una velocidad n_{s}, respectivamente, como bola de articulación (2) con una velocidad n_{k}, mientras que la herramienta (17, 18) gira a una velocidad aproximadamente doble n_{w} que la pieza, pero sin formar preferentemente ningún múltiplo entero de las revoluciones a que gira la pieza.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque se utiliza para rectificar, lapear o pulir.

11. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque durante el mecanizado de la bola de la articulación (2) se efectúa una medición del diámetro sobre la superficie B a través del centro M_{k}, con el fin de determinar mediante un sistema de control el tiempo residual para mecanizado hasta alcanzar un diámetro predeterminado, basándose para ello en valores registrados del rendimiento de arranque.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque el procedimiento sirve para la fabricación de una articulación de cadera artificial.

13. Articulación artificial según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la articulación artificial es una articulación de cadera artificial.

14. Articulación artificial según la reivindicación 13, caracterizada porque el vástago de la articulación de cadera artificial tiene la forma de un vástago en forma de S, adaptada anatómicamente, con una anteversión en la zona proximal del cuello y presenta un extremo del vástago que sobresale hacia posterior con una curvatura o un pliegue, con el fin de conseguir que el anclaje tenga una duración lo más larga posible.

15. Articulación artificial según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque la superficie esférica convexa B está dispuesta con simetría de rotación respecto a un eje de amarre D en la dirección del cuello del vástago (27) de la articulación de cadera artificial.