ES2318671T3 - Elemento de fijador externo que tiene una superficie rugosa erosionada. - Google Patents

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Abstract

Elemento de fijador externo, por ejemplo una barra (109), un tornillo (103, 104), o un medio de abrazadera (105, 106), en el cual al menos una parte de la superficie de contacto (4) del elemento (109, 103, 104, 105, 106) que es responsable de establecer la conexión entre dicho elemento y un elemento de fijador externo diferente está provista de una estructura (4) erosionada rugosa, caracterizado porque está hecho de un plástico reforzado con fibras, porque comprende un material de soporte (3) y fibras (2) y porque los extremos libres de las fibras (2) sobresalen de la superficie de contacto (4).

Description

Elemento de fijador externo que tiene una superficie rugosa erosionada.
Campo de la invención
La invención se refiere a elementos mecánicos utilizados por fijadores externos según el preámbulo de la reivindicación 1, y a procedimientos para fabricar tales elementos mecánicos.
Técnica anterior
Son bien conocidos los fijadores externos de la técnica anterior, por ejemplo a través del documento EP 0 806 185. Tales fijadores externos se utilizan para estabilizar dos partes de un hueso fracturado y para mantener las partes del hueso en la posición correcta durante el proceso de curación. Normalmente, los fijadores externos comprenden varios clavos para sujetar el hueso, barras para mantener la posición de los clavos, y medios de abrazadera para conectar los clavos con las barras. Estos elementos de fijadores externos están hechos usualmente de acero, de titanio o de aluminio.
A través del documento US 6.702.814, se conoce el uso de tuercas o arandelas alrededor del tornillo de abrazadera para conseguir un bloqueo independiente de las barras o de los clavos en una abrazadera.
Los motivos relativos al peso, especialmente con respecto a pacientes que requieren un largo tiempo de curación y que llevan un fijador externo durante largos períodos de tiempo, requieren un cambio del material del dispositivo por un material que contenga plástico, así como que el dispositivo sea transparente a los rayos X. Sin embargo, el inconveniente de los elementos fijadores externos de dicha técnica anterior, especialmente cuando las barras están hechas de tales materiales ligeros de peso, es que las barras pueden cambiar de posición con respecto a la abrazadera y por consiguiente con respecto a otras barras y clavos con el paso del tiempo debido a problemas de fricción.
Se conoce un elemento fijador externo que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1 a través del documento US 2005/0038425, en el cual sus superficies son erosionadas mediante electroerosión. Por el documento US 5.571.103, es conocido erosionar implantes para uso médico mediante un decapado con arena.
Resumen de la invención
Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un elemento, un procedimiento y un sistema de fijador externo, que contribuyen a mejorar la conexión entre las abrazaderas y las barras y los clavos de un fijador externo.
Según una realización de la invención, se proporciona un elemento de fijador externo, por ejemplo, una barra, un clavo o un medio de abrazadera, que comprende por lo menos una superficie de contacto con las características de la reivindicación 1. Al menos una de las superficies de contacto del elemento que es responsable de establecer la conexión entre dicho elemento y un elemento de fijador externo diferente está provista de una estructura erosionada rugosa.
El término superficie erosionada comprende el decapado con arena, el cepillado o procesos similares y especialmente el mordentado.
La invención se basa en la idea de que la combinación material plástico -el material plástico tiene un coeficiente de fricción bajo, en el cual es posible, según la invención, cambiar el bajo coeficiente de fricción del material plástico cuando partes de las fibras sobresalen de la superficie del material plástico. Por consiguiente, un elemento según la invención comprende fibras que tienen partes que sobresalen de la superficie, mejorando de este modo la rugosidad de la superficie y mejorando el agarre de la mordaza de una abrazadera sobre una barra.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos serán explicados en mayor detalle con ayuda de la descripción de una realización ejemplarizante, con referencia a las figuras siguientes:
la Fig. 1 muestra un ejemplo de un fijador externo con diferentes elementos de fijador externo;
la Fig. 2 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un elemento de fijador externo tal como una barra;
la Fig. 3 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un elemento de fijador externo según la presente invención;
la Fig. 4 muestra una imagen microscópica acercada con zoom de la superficie de un elemento como y según la Fig. 2;
la Fig. 5 muestra una imagen microscópica acercada con zoom de la superficie de un elemento como y según la Fig. 4; y
la Fig. 6 muestra esquemáticamente la diferencia medida entre un dispositivo según la técnica anterior y un dispositivo según la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La Figura 1 muestra un ejemplo de un fijador externo como un ejemplo. Tal fijador externo comprende normalmente varios clavos 103, 104, una barra 109 y medios de abrazadera 105, 106, 107, 108, siendo estos elementos denominados elementos de fijador externo. Un fijador externo se usa para estabilizar y corregir la dirección de un hueso fracturado durante el proceso de curación. Normalmente, se introducen varios clavos 103, aquí dos, en la primera parte del hueso 101 y varios clavos 104, aquí dos, en la segunda parte del hueso 102. Los medios de abrazadera 105, 106, 107, 108 se usan para establecer una conexión mecánica entre los clavos 103, 104 y la barra 109. Con ayuda de la barra 109 y de los medios de abrazadera 105, 106, 107, 108, se ajusta la dirección de la primera parte de hueso 101 con respecto a la segunda parte de hueso 102.
Las superficies de los clavos 103, 104, de la barra 109 y de los medios de abrazadera 105, 106, 107, 108, que están situadas unas frente a las otras durante la colocación de los fijadores externos, son denominadas superficies de contacto. Como ejemplo, la barra 109 se introduce en una abertura del medio de abrazadera 107. De este modo, la superficie que está recubierta sobre la barra 109 por el medio de abrazadera 107 se denomina superficie de contacto. Pero también la superficie que está recubierta por la barra 109 sobre el medio de abrazadera 107, en este caso, la superficie de la abertura, se denomina también superficie de contacto. En el fijador externo mostrado en la figura 1, dichas superficies de contacto de las barras tienen normalmente una forma cilíndrica. Las abrazaderas pueden tener una forma cilíndrica complementaria o, en una vista en sección transversal, crear un triángulo hueco, proporcionando líneas longitudinales de contacto entre la mordaza de la abrazadera y la barra o el clavo.
Para simplificar, los clavos 103, 104, la barra 109 y los medios de abrazadera 106, 107, 108, 109, serán denominados elementos mecánicos a partir de ahora. Sin embargo, las personas expertas en la técnica comprenderán que el término elemento mecánico no está limitado a los elementos que acaban de ser nombrados.
La figura 2 muestra en esquema una parte de una sección transversal de un elemento mecánico. El número de referencia 1 designa una línea que es parte de una superficie de contacto no tratada del elemento mecánico.
En esta realización, el elemento mecánico mostrado está hecho de plástico reforzado con fibras. Las fibras 2 están rodeadas por un material de soporte o plástico 3.
Tal elemento mecánico puede ser fabricado según varias técnicas de moldeo, por ejemplo, e incluyendo el moldeo por inyección termoendurecible y termoplástica, el moldeo por soplado, el moldeo rotacional, la termoformación, el moldeo de espuma estructural, el moldeo por compresión, el moldeo por transferencia de resina (RTM) y otros.
Tal elemento mecánico puede ser fabricado mediante el procedimiento de moldeo en matriz. Las fibras 2 están dispuestas aleatoriamente. Se puede ver que las fibras 2 no sobrepasan la superficie 1. Esto es debido al proceso de fabricación de tal plástico reforzado con fibras. Las fibras 2 colocadas en el molde antes de la fundición tienden a permanecer a cierta distancia de la superficie 1, es decir, ningún extremo de fibra libre toca o está directamente alineado con la capa de superficie más alta.
Las realizaciones sometidas a pruebas mostradas en la Figura 4 se produjeron con un moldeo termoplástico, en el cual las fibras ya estaban mezcladas con el material plástico y llevadas juntas en el molde. La porción de las fibras como parte de la mezcla puede ser escogida entre un 20 y un 70 por ciento de volumen, preferiblemente entre un 30 y un 60 por ciento de volumen, o entre un 40 y un 50 por ciento de volumen.
La figura 3 muestra en esquema una parte de una sección transversal de un elemento mecánico según una realización de la invención. El número de referencia 4 designa una superficie de contacto erosionada o tratada según un procedimiento de la presente invención, de los elementos mecánicos, por ejemplo, de la barra 109.
En esta primera realización, el material del elemento mecánico es preferiblemente plástico reforzado con fibras. De este modo, el plástico está reforzado con fibras de vidrio, fibras de carbono, o fibras de aramida. Incluso es posible usar fibras de algodón para este fin. Las fibras tienen preferiblemente una longitud comprendida entre 0,1 milímetros y 2 milímetros. Incluso más preferiblemente, las fibras tienen una longitud comprendida entre 0,25 milímetros y 1 milímetro. Preferiblemente, las fibras tienen un diámetro comprendido entre 25 micrómetros y 1500 micrómetros. Incluso más preferiblemente, las fibras tienen un diámetro comprendido entre 50 micrómetros y 200 micrómetros. El plástico es preferiblemente un plástico escogido en el grupo de (en el caso de moldeo por inyección) poliamida, polipropileno, PEEK, poliacetal y (en caso de RTM, laminación o pultrusión, pultrusión de carbono-epoxi), poliéster-epóxido.
En esta primera realización, la superficie tratada 4 es el resultado de un procedimiento según la presente invención. Según este procedimiento, la superficie no tratada 1 será expuesta a un flujo de gas que comprende elementos abrasivos. Esto se denomina también decapado con arena. Los elementos abrasivos permiten una abrasión o extracción regular de la superficie 1. Lo cual significa que las partes de la superficie 1 serán extraídas dando como resultado la superficie tratada 4. Se puede usar aire presurizado como flujo de gas. Los elementos abrasivos son escogidos preferiblemente en el grupo de arena, perlas de vidrio, bolitas metálicas, hielo seco, escoria en polvo o productos abrasivos en polvo. Sin embargo, se puede usar también otros elementos abrasivos conocidos de la persona experta en la técnica. El tamaño del elemento abrasivo puede variar ya que influye en el grado de abrasión de la superficie del elemento mecánico. Los tamaños posibles de los elementos abrasivos están comprendidos entre 200 micrómetros y 1000 micrómetros.
El grado de abrasión de la superficie 1 depende de la distancia entre la superficie 1 y las fibras 2. Por consiguiente, se consigue el grado de abrasión de la primera superficie cuando algunas de las fibras 2 sobresalen de la superficie tratada 4. De este modo, una parte fija 6 de la fibra 2 queda firmemente conectada con el plástico, y una parte saliente 5 de la fibra 2 sobresale de la superficie 4.
Debido al proceso de decapado con arena, la rugosidad de la superficie tratada 4 es mucho más alta que la rugosidad de la superficie no tratada 1, con lo cual se obtiene una fricción mejorada entre las superficies de contacto de los elementos mecánicos. Debido a la prolongación de las fibras 2, la fricción entre las superficies de contacto de los elementos mecánicos aumenta aún más. Las mediciones mostraron que la fricción aumenta más de un 50% si la superficie 4 es rugosa y por consiguiente las fibras sobresalen de la superficie 4, en comparación con las superficies no tratadas. En caso de que las partes salientes 5 de las fibras 2 se deshilachen, la fricción mejora aún más.
Si el grado de abrasión es mayor de lo necesario, es posible que algunas de las fibras se desprendan del plástico 3. Tales fibras serán eliminadas por el flujo de gas presurizado del proceso de decapado con arena. Por consiguiente, la contaminación debida a fibras sueltas no es un problema.
Dependiendo del material de la parte plástica, es también posible que algunos de los elementos abrasivos permanezcan como (por ejemplo, arena) un callo 7 en la superficie tratada 4 con el resultado de que la fricción entre la superficie de contacto mejorará aún más. El tamaño de tales callos incrustados 7 depende de los materiales abrasivos utilizados y puede estar comprendido entre 250 micrómetros y 500 micrómetros.
La figura 4 muestra la superficie 1 de un elemento mecánico producida según se ha explicado con referencia a la figura 2 en una vista microscópica acercada con zoom. El contenido en fibras de la muestra es bastante alto. El tamaño de la fotografía puede verse en la barra 11 que muestra una longitud de 10 micrómetros. Se ve claramente que la superficie no es plana sino que muestra numerosas elevaciones. Sin embargo, la altura de tales elevaciones es más bien pequeña. La altura está normalmente comprendida entre varias decenas de micrómetros o puede ser incluso inferior a un micrómetro. Se puede ver las fibras recubiertas 12. Estas fibras 12 están recubiertas con una capa del material plástico de la mezcla. Esta capa de material plástico junto con una superficie plástica correspondiente de una abrazadera muestra dicho bajo coeficiente de fricción.
La figura 5 muestra una superficie de la figura 4 de muestra en una vista microscópica acercada con zoom después del tratamiento de decapado con arena. Obviamente, la fotografía no representa la parte idéntica de la muestra sino una parte que está separada tal vez un milímetro. En comparación con la figura 4, se puede ver que la superficie ha cambiado radicalmente. Las partes salientes 5 de las fibras 6 de las representaciones esquemáticas son ahora visibles como fibras no recubiertas 15. Hay por lo menos dos diferencias. Las partes de las fibras orientadas en la dirección o plano de la superficie ya no están recubiertas por el material plástico. Por consiguiente, esta parte de la superficie de fibras que tiene un comportamiento de fricción diferente del material plástico junto con una superficie plástica correspondiente de una abrazadera muestra un coeficiente de fricción mucho más alto. En segundo lugar, las elevaciones son más pronunciadas. Además, hay extremos 16 de fibras agudos que sobresalen del plano de la superficie del elemento.
La figura 6 muestra un gráfico de una prueba con una barra que tiene una superficie de plástico no tratada y con una barra que tiene una superficie tratada según la presente invención. Las figuras muestran el comportamiento si una fuerza es aplicada sobre las partes conectadas, por ejemplo, si la barra es agarrada mediante una abrazadera que tiene una superficie de material plástico no tratada. El fallo 14 se produce cuando las partes conectadas empiezan a resbalar; con una superficie decapada con arena mucho más tarde con una mayor fuerza, luego sin decapado con arena. Los diagramas muestran el desplazamiento de la barra contra la fuerza aplicada para agarrar la barra. La barra no tratada muestra un deslizamiento 11 ligeramente más rápido hasta aproximadamente 400 Newtons, cuando se produce el fallo 14. La barra tratada puede soportar una carga 13 de más de 800 N hasta que se produzca el fallo.
Se hace referencia ahora a la figura 1. Se puede ver que la posición de las superficies de contacto sobre la barra 109 depende de la distancia entre los tornillos 103, 104. Aquí, es posible denominar toda la superficie de la barra 109 superficie de contacto. Por consiguiente, es ventajoso que toda la superficie de la barra sea erosionada, es decir, tratada como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, es también posible que únicamente unas partes de la superficie de la barra 109 sean tratadas. Si este fuera el caso, sería preferible que dichas partes estuvieran situadas en las partes extremas de la barra 109.
Las superficies de contacto de los medios de abrazadera 107, 108, están también tratadas de acuerdo con el procedimiento descrito arriba. De este modo, los medios de abrazadera 107, 108, comprenden normalmente dos superficies de contacto. Una primera superficie de contacto está en contacto con la barra 109 y una segunda superficie de contacto está en contacto con los tornillos 103, 104. Aquí, se aplica la misma regla que para la barra 109. De este modo, es posible que toda la superficie de contacto o sólo partes de la misma sean tratadas según el procedimiento de la presente invención. Es también posible tratar ambas superficies o sólo la primera superficie de contacto o únicamente la segunda superficie de contacto.
El procedimiento descrito arriba puede aplicarse también a los tornillos 103, 104. Pero debido al hecho de que un extremo de los tornillos se introduce en el cuerpo humano, es preferible aplicar dicho procedimiento al otro extremo libre de los clavos 103, 104, a fin de impedir posibles infecciones y los tornillos están a menudo hechos de acero.
Es particularmente ventajoso cuando todas las superficies de contacto de todos los elementos mecánicos son tratadas según el procedimiento de la presente invención. Ello permite aprovechar mejor las ventajas del procedimiento.
Pero también es posible que sólo algunas superficies sean tratadas. Por ejemplo, es posible que únicamente la superficie de la barra 109 sea tratada pero no la superficie de contacto de los medios de abrazadera 107, 108. La fricción aquí se reducirá.
En otra realización, es también posible que la superficie 1 sea cepillada, esto se puede hacer usando por ejemplo un cepillo de acero que gire rápidamente, aplicándolo sobre la superficie de una barra que gire lentamente. Tal cepillo puede también ser introducido en la cavidad de una abrazadera, cepillando una o ambas superficies internas de la abrazadera como si estuviera en el lugar de una barra. Sin embargo, también es posible usar cepillos no rotativos con movimientos longitudinales.
En otra realización, es también posible que la superficie 1 sea corroída con un ácido. El ácido es aplicado a la superficie 1 de un elemento de plástico reforzado con fibras hasta que el grado de extracción de la superficie consiga el estado deseado y se obtenga una superficie tratada 4. Este es el caso cuando las fibras sobresalen de la superficie como se ha descrito anteriormente. La corrosión puede llevarse a cabo usando una solución oxidizante fuerte como el peróxido de hidrógeno.
Se puede utilizar otros procedimientos para conseguir la estructura rugosa erosionada, permitiendo así un mejor agarre del elemento de fijador externo, especialmente cuando se usa en un juego, compuesto de una o varias abrazaderas que tienen mordazas tratadas por erosión para agarrar las superficies de las barras o de los clavos provistas de una superficie tratada por erosión similar.
Lista de números de referencia
1
superficie no tratada
2
fibra
3
plástico
4
superficie erosionada o tratada
5
parte saliente de fibra
6
parte fija de fibra
7
callo
10
dimensión
11
gráfico para el elemento no tratado
12
fibra recubierta
13
gráfico para el elemento tratado
14
punto de fallo
15
fibra no recubierta
16
extremos de fibras
101
primera parte de un hueso
103
segunda parte de un hueso
103
tornillo
104
tornillo
105
medio de abrazadera
106
medio de abrazadera
107
medio de abrazadera
108
medio de abrazadera
109
barra

Claims (8)

1. Elemento de fijador externo, por ejemplo una barra (109), un tornillo (103, 104), o un medio de abrazadera (105, 106), en el cual al menos una parte de la superficie de contacto (4) del elemento (109, 103, 104, 105, 106) que es responsable de establecer la conexión entre dicho elemento y un elemento de fijador externo diferente está provista de una estructura (4) erosionada rugosa, caracterizado porque está hecho de un plástico reforzado con fibras, porque comprende un material de soporte (3) y fibras (2) y porque los extremos libres de las fibras (2) sobresalen de la superficie de contacto (4).
2. Elemento de fijador externo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de soporte es escogido en el grupo de poliamida, polipropileno, PEEK, poliacetal y poliéster-epóxido.
3. Elemento de fijador externo según la reivindicación 1 ó reivindicación 2, caracterizado porque las fibras son escogidas en el grupo de fibras de vidrio, fibras de carbono o fibras de aramida.
4. Elemento de fijador externo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la estructura erosionada (4) está formada por decapado con arena, cepillado o corrosión.
5. Procedimiento para producir una superficie pertinente de agarre de un elemento de fijador externo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha superficie está expuesta a un flujo de gas que comprende elementos abrasivos hasta que los extremos libres de las fibras sobresalgan de la superficie de contacto.
6. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos abrasivos son escogidos en el grupo de perlas de vidrio, bolitas metálicas, hielo seco, productos abrasivos en polvo, escoria en polvo o arena.
7. Procedimiento para producir una superficie pertinente de agarre de un elemento de fijador externo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha superficie es corroída hasta que los extremos libres de las fibras sobresalgan de la superficie de contacto.
8. Juego de fijador externo que comprende por lo menos dos elementos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende dos barras (109) y/o clavos (103, 104) y por lo menos un medio de abrazadera (105, 106), en el cual los medios de abrazadera (105, 106) son responsables de establecer la conexión entre las dos barras (109) y/o el tornillo (103, 104), donde al menos una de las superficies de contacto de la barra (109) y/o del clavo (103, 104) y/o del medio de abrazadera (105, 106) está provista de una estructura erosionada rugosa, caracterizado porque dicha al menos superficie de contacto está hecha de plástico reforzado con fibras que comprende un material de soporte (3) y fibras (2) y porque los extremos libres de las fibras (2) sobresalen de la superficie de contacto (4).
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