DE69012832T2

DE69012832T2 - Herstellung von prothesen.

Info

Publication number: DE69012832T2
Application number: DE69012832T
Authority: DE
Inventors: Ian Leonard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: ATE111714T1; AU6618390A; WO1991007139A1; JPH05501819A; EP0500606A1; DE69012832D1; GB8925380D0; US5298115A; EP0500606B1

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Prothesen so wie sie in der orthopädischen und Wundchirurgie zum Schienen gebrochener Knochen verwendet werden.
Herkömmlicher Weise werden solche Prothesen vom Chirurgen aus einem Satz oder einer Ausstattung von Standardgrößen und -formen von Platten oder Streifen mit vorgebohrten Löchern für Schrauben ausgewählt. Dies kann tauglich sein für ein begrenztes Biegen und/oder Stutzen zur Anpassung einer bestimmten Streifengröße oder Gestalt zum engeren Anliegen an den Umfang irgendeines besonderen Bruches. Allgemein jedoch ist der Typ des Schienens, der diese herkömmlichen Prothesen verwendet, in seinem Anwendungsbereich begrenzt wegen seiner zweidimensionalen Konfiguration, die häufig nicht zufriedenstellend ist sowohl aus chirurgischer als auch aus der Sicht der mechanischen Festigkeit.
Die mit dem Biegen Verbundenen Schwierigkeiten haben zu Vorschlägen für mechanische Hilfen zum Biegen sogenannter osteosynthetischer Platten während der chirurgischen Behandlung geführt, wobei solche Vorschläge in der DE-A-37 24 479 und in der DE-A-29 20 223 enthalten sind. Jedoch erleichtern diese Hilfen nicht irgend etwas wie den vollen Bereich von erforderlichen prothetischen Formen und erfordern selbst so einen beträchtlichen Vorrat an Formen und Größen von osteosynthetischen Platten.
Ein weiterer Bereich von prothetischen Formen würde unterschiedliche und bessere Schientechniken fördern, aber die Vorfertigung eines vollständigen Bereichs wäre eine nahezu unmögliche Aufgabe und die Wartung eines umfassenden Vorrats zum Abdecken aller Möglichkeiten unerschwinglich teuer, ganz zu schweigen von der Schwierigkeit der Auswahl einer Form und Größe einer solchen Überfülle von Möglichkeiten.
Die Maßproduktion von Prothesen, die einem besonderen Bruch genau angepaßt sind, war bisher im wesentlichen ausgeschlossen wegen der zur Herstellung solcher Prothesen durch herkömmliche Herstellungstechniken benötigten Zeit und in jedem Fall des Mangels an Werkstätten nahe des Operationssaals.
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und einen Apparat für die Herstellung von Gegenständen, die unter anderem die schnelle Herstellung am Ort von medizinisch beaufsichtigten Meßprothesen erleichtern.
Die Erfindung umfaßt ein Verfahren für die schnelle Stück- oder Kleinserienproduktion eines geformten Gegenstandes wie einer chirurgischen Prothese, gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Vorbestimmen der dreidimensionalen Gestalt des geforderten Gegenstandes,
b) Auswählen eines Zuschnitts aus Blattmaterial, aus dem der Gegenstand gebildet werden kann,
c) Verarbeiten des Zuschnitts durch Entfernen von Material von diesem, um einen Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt oder einen bearbeiteten Zuschnitt, aus dem ein Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt durch Biegen des Zuschnitts gemacht werden kann, zu erhalten,
d) Anwendung eines Ätzverfahrens (was eine elektrochemische Bearbeitung sein kann) zum Entfernen des Materials, bei welchem das Abdeckmittel durch einer rechnergestütztes Gestaltungs/-Herstellungs-Verfahren entfernt wird.
Gewöhnlich ist das Material ein rostfreier Stahl vom 18/8-Typ, aber die Entwicklung anderer medizinisch geeigneter Materialien wie Titan oder Kunststoffe kann nicht ausgeschlossen werden.
Der Zuschnitt kann mit Faltlinien vorbereitet werden, die durch Ätzen oder schneller durch elektrochemische Bearbeitung (ECM) gebildet werden können. Andere Merkmale als Faltlinien können ebenfalls geätzt werden wie beispielsweise Öffnungen wie für Schrauben und Stifte oder der erforderliche Umkreis der Prothese.
Obgleich die Entfernung der Abdeckschicht durch üblichen fotografischen Verfahren erfolgen kann, werden diese als unannehmbar langsam angesehen, wie gegenwärtig praktiziert wird. So kann die Säure-Abdeckschicht, die eine haftende Filmbeschichtung aus Wachs, kolloidem Gel oder Kunststoff oder Gummi aufweisen kann, mechanisch entfernt werden durch eine Klinge, ein Drehwerkzeug oder ein Ultraschall-Werkzeug, oder durch Verdampfung wie durch elektrische Verdampfung oder einen Laser. Die Abdeckschicht kann auch entfernt werden durch selektives Aufbringen eines chemischen Mittels oder eine Lösung wie durch eine Luftbürste oder einen Strahldrucker. Das Abdeckmittel kann natürlich auch selektiv aufgebracht werden, eher als es überall aufzubringen und selektiv zu entfernen.
Der Zustand kann gleichzeitig auf beiden Flächen geätzt werden, insbesondere für die Herstellung von Schrauben- und/oder Stiftöffnungen und den Umriß, aber auch für die Herstellung entgegengesetzt gerichteter gekrümmter Bereiche. Das Ätzen solcher Merkmale kann scharfe Wulste oder Grate hinterlassen, die durch Elektropolieren entfernt werden können. Schrauben- und/oder Stiftöffnungen oder Löcher können auch durch einen Bohrer oder Stempel oder andere rein mechanische Mittel hergestellt werden, wenn dies zweckmäßig ist.
Der Zuschnitt kann durch Verwendung numerisch gesteuerter Werkzeuge bearbeitet werden, wie eine Klinge oder ein Drehwerkzeug, einen Laser oder eine Luftbürste oder einen ein Mittel oder eine Lösung aufbringender Strahldrucker, und kann zum Beispiel auf einem X-Y-Tischer oder einem Plotter vom CAD-Typ vorbereitet werden entsprechend von einem programmierten Computer abgeleiteten Befehlen, dem die Gestalt der erforderlichen Prothese bestimmende Daten zugeführt werden. Der Computer kann die Vorbereitung des Zuschnitts steuern und die CAD-Einrichtung kann die Verwendung von Röntgenfotografien der Lage der Prothese einbeziehen.
Verschiedene Verbesserungen können bei herkömmlichen ECM-Techniken gemacht werden, die üblicherweise ein vorgeformtes dreidimensionales Werkzeug erfordern, um Metall von einer Oberfläche zu entfernen. Somit gewährleistet das Aufbringen einer Abdeckschicht auf das Werkstück für normale Ätztechniken, daß nur die freigelegten Metallbereiche entfernt werden. Anstelle des Aufbringens des Abdeckmittels auf das Werkstück kann jedoch das Abdeckmittel auf dem Werkzeug sein und von diesem entsprechend dem gewünschten Muster entfernt werden. Das Werkstück wird mehr oder weniger zerfressen, wenn es das Abdeckmittel getragen hätte, aber es besteht nicht länger die Notwendigkeit, das Abdeckmittel vom Werkstück nach dem ECM-Vorgang zu entfernen, welcher die Herstellungszeit beträchtlich verringert.
Eine andere Technik enthält die Einfügung einer mit Öffnungen versehenen nichtleitenden Schicht zum Beispiel aus einem Kunststoffblatt zwischen die Elektrode und das Werkstück. Die Öffnungen können durch ein Drehwerkzeug, einen Laser, einen Ultraschallschneider oder auf jede andere geeignete Weise gebildet werden. Hier wiederum ist keine haftende Abdeckschicht nach dem ECM zu entfernen.
Die Erfindung umfaßt auch einen Apparat für die Herstellung von geformten Gegenständen wie einer chirurgischen Prothese aus vorgeformten Zuschnitten mit einer Zuschnittbearbeitungsvorrichtung, die die Gestalt des geforderten Gegenstandes vorbestimmt und den Zuschnitt bearbeitet, indem Material von diesem entfernt wird, um einen Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt oder einen bearbeiteten Zuschnitt, aus dein ein Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt durch Biegen des Zuschnitts gemacht werden kann, zu erhalten, gekennzeichnet durch eine Ätzvorrichtung (was eine elektrochemische Bearbeitung sein kann), um das Material vom Zuschnitt zu entfernen, welche ein Abdeckmittel verwendet, und eine rechnergestützte Abdeckmittel-Entfernungsvorrichtung.
Ausführungsbeispiele von Apparaten und Verfahren für die Herstellung von Prothesen nach der Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer typischen gekrümmten dreidimensional geformten Prothese,
Fig. 2 ist eine abgewickelte Draufsicht auf eine Platte aus Blattmaterial, die vorbereitet ist für eine plastische Verformung in die Prothese nach Fig. 1,
Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III- III in Fig. 2, der geätzte Nuten und senkrechte Lochbereiche zeigt,
Fig. 4 ist ein Schnitt wie Fig. 3 nach der Verformung in die erforderliche Gestalt,
Fig. 5A ist eine Seite eines Zuschnitts, der von vorgebohrten Bezugsmitten markiert ist und eine Blattmetall-Platte aufweist, die zum Ätzen vorbereitet ist zur Herstellung der abgewickelten Platte nach den Fign. 2 und 3,
Fig. 5B ist die Rückseite der Blattmetall- Platte nach Fig. 5A, die von denselben Bezugsmitten markiert ist,
Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI- VI in Fig. 5A, nach dem Ätzen oder ECM,
Fig. 7 ist der Schnitt nach Fig. 6 nach dem Elektropolieren,
Fig. 8 ist eine schematische Illustration eines CAD/CAM-Systems zum Herstellen eines zum Ätzen oder ECM bereiten vorbereiteten Zuschnitts,
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Herstellung einer Prothese aus dem vorbereiteten Zuschnitt durch Ätzen oder durch ECM unter Verwendung des in
Fig. 10 illustrierten Verfahrens, bereit für die Implantation,
Fig. 10, 11 und 12 sind schematische Illustrationen von elektrocheinischen Bearbeitungstechniken, und
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung der Herstellung einer Prothese aus dem vorbereiteten Zuschnitt unter Verwendung der elektrochemischen Verarbeitungstechniken nach den Fign. 11 und 12, bereit für die Implantation.
Die Fign. 1 bis 13 illustrieren die Herstellung von Prothesen 11, wie sie in der Chirurgie zum Schienen gebrochener Knochen verwendet werden. Die Prothesen können verschiedene allgemeine Formen, Größen und Dicken annehmen entsprechend dem Zweck, für den sie implantiert sind.
Neben den allgemein anzutreffenden Brüchen der Hauptknochen der Arme und Beine, wo die gegenwärtig verfügbaren vorgebohrten Streifenprothesen im allgemeinen ganz zufriedenstellend sind, gibt es viele andere Typen von Knochenbruch-Heilungen, die aus maßgefertigten dreidimensionalen Prothesen aus gekrümmten Platten Nutzen ziehen könnten:
(1) Rückgrat - wo die vielen kleinen wichtigen Wirbel eine feine und besondere Stützung benötigen.
(2) Becken - eine allgemeine Verletzung bei Motorunfällen, wo die komplexe Form des Knochens und die aus strahlende Natur der Bruchwege große Platten eher als mehrere Streifen benötigen, um wirklich wirksam zu sein.
(3) Um ein Gelenk herum - das heißt nahe der Hauptgelenke, wo mehrere oder alle der angrenzenden Knochen nahe ihren Gelenkpfannen gebrochen sind, eine übliche Sportverletzung, für deren Heilung häufig besondere Platten wegen des beschränkten Zugangs benötigt werden.
(4) Pathologisch - wo große Teile von Knochen aufgrund von Tumoren, Krebs oder nicht korrektem Knochenwachstum chirurgisch entfernt werden müssen, was erfordert, daß die Knochen überbrückt werden müssen, bis das neue Knochenwachstum die getrennten Enden zusammenfügt.
(5) Innere und vorübergehende Fixierung - wo individuelle speziell maßgeschneiderte lange Platten benötigt werden zum Wiederverbinden und Schienen des Brustbeins nach einer chirurgischen Behandlung am offenen Herzen.
(6) Gesicht - wo die Kiefer-, Backen- oder Stirnknochenstruktur gebrochen und eingedrückt ist - ein allgemeines Ergebnis bei Motorunfällen mit einem Schlag gegen das Steuerrad oder Armaturenbrett. Dünne gekrümmte Plättchen zum Wiederherstellen der ursprünglichen Gesichtskonturen würden bei der kosmetischen Chirurgie helfen.
(7) Mehrfachfrakturen - bewirkt durch Bombenexplosionen oder Geschosse - Benötigen umhüllende Platten, um die verschiedenen Knochenfragmente zu stützen, wodurch diesen ermöglicht ist, sich korrekt zu verbinden und eine maßgerechte Gliedmaßenorientierung zu gewährleisten.
Bei diesen sieben Beispielen hauptsächlicher chirurgischer Bereiche ist es oft schwierig oder unmöglich, die erforderliche Implantat-Konfiguration vorherzusbestimmen bis kurz bevor die Prothese benötigt wird - die geforderte Gestalt kann oft nicht bestimmt werden, bis die chirurgische Behandlung tatsächlich stattfindet. Was der Chirurg wirklich benötigt, ist eine maßgefertigte Platte, die in einer sehr kurzen Zeit im Krankenhaus selbst mit einer Form und Größe hergestellt wird, die kurz vor oder tatsächlich während der Operation bestimmt wurden.
Die Herstellung von geformten Gegenständen aus Platten aus rostfreiem Stahl durch Ätzen von Faltlinien und anderen Merkmalen ist bereits bekannt, aber so, wie sie gegenwärtig praktiziert wird, wird sie nicht für eine schnelle Maßfertigung angewandt. Die Abdeckmittel im allgemeinen Gebrauch sind fotografisch und das Ätzmuster wird durch Fotografieren einer Master- Zeichnung hergestellt, wobei gewöhnlich eine Maßstabsherabsetzung einbezogen ist, so daß eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann. Es ist nicht wirtschaftlich, diesen Vorgang zu verwenden, um Gegenstände auf einer Stückbasis herzustellen, und es wäre in jedem Falle schwierig, ein 15 x 5 cm-Teil vom Entwurf bis zum Fertigzustand in weniger als fünf Stunden herzustellen, selbst wenn der Herstellung Priorität und ungeteilte Aufmerksamkeit gewidmet wird. Normalerweise sind wenigstens zwei oder drei Tage erforderlich, wenn der Vorgang in einen geordneten kommerziellen Herstellungs-Zeitplan eingepaßt wird.
Es können selbstverständlich in der Zukunft fotografische Techniken entwickelt werden, die die Zeit und die Kosten herabsetzen. Währenddessen jedoch können geätzte oder elektrochemisch bearbeitete (ECM) Platten nach anderen Verfahren hergestellt werden, die nicht die Nachteile der gegenwärtigen fotografischen Techniken erleiden.
Fig. 1 illustriert eine typische Platte 11, die ohne weiteres wie hier beschrieben hergestellt werden kann. Sie ist so gestaltet, daß sie teilweise um Abschnitte eines gebrochenen Knochens herum paßt und an diesem durch Schrauben oder Stifte befestigt werden kann, für welche Paßlöcher 12 vorgesehen sind.
Bei den herkömmlichen Techniken zum Verbinden von Knochen wurden diese durch flache Platten unter Verwendung von gewinkelten Schrauben verbunden, welche beim Festziehen die Knochenenden in festen Eingriff ziehen. Es wird nun gedacht, daß es tatsächlich besser ist, die Enden durch einen kleinen Spalt getrennt zu lassen, zum Beispiel einen Millimeter oder weniger, welcher schließlich durch neues Knochenwachstum überbrückt wird. Dies ist so gut wie unmöglich bei Verwendung der herkömmlichen flachen Platte oder des Streifens, aber es wird leicht erzielt durch Verwendung einer dreidimensionalen Prothese wie dargestellt, die einen Grad von mechanischer Festigkeit zum Stützen der Knochenstruktur hat.
Die Prothese 11 in Fig. 1 ist hergestellt durch plastische Verformung eines Zuschnitts 21, der eine flache Platte wie in den Fign. 2 und 3 aufweist, die mit Faltlinien 22 geätzt oder elektrochemisch bearbeitet wurde. Durch Verwendung derartiger geeignet angeordneter Faltlinien können recht komplizierte Formen durch verformung von rostfreien Stahlplatten hergestellt werden - dies kann manuell oder mit Hilfe einer einfachen Biege-Spannvorrichtung erfolgen - wobei die Faltlinien das Ausmaß bestimmen, bis zu dem das Metall gebogen werden kann, und somit die endgültige Form des Gegenstandes mit einem hohen Grad von Genauigkeit bestimmt werden kann.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt den Zuschnitt 21 nach dem Biegen entlang der Faltlinien. Wie aus dem Querschnitt nach Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Faltlinien U-förmige Nuten mit abgewinkelten Seiten, und die Platte wird im wesentlichen leicht entlang der Linie der Nuten gefaltet, bis ihre Ecken zusammenkommen, und nicht weiter. Der stumpfe Winkel der Biegung wird bestimmt durch die Breite der Nut, die vor dem Ätzen oder ECM genau vorbereitet wird. Zum Beispiel ergibt eine Nutenbreite gleich der Materialdicke eine nahe 90º einschließende Winkelbiegung. Es ist daher praktisch, ein vielseitiges Polygon vorzusehen, das eng einer kreisförmigen oder elliptischen Kurve angenähert ist durch die Anzahl und Breite von parallelen oder auseinandergehenden Nuten. Es ist natürlich für den Chirurg möglich, kleine Ausrichtungen für die endgültige Form zu machen, abhängig von der genauen Konfiguration der Faltlinien und dem Material, aus dem die Platte besteht.
Die Fign. 5A und 5B zeigen eine Blattmaterial-Platte 51, die auf der Vorder-(5A) und der Rückseite (5B) markiert ist für die Herstellung des Zuschnitts 21 nach den Fign. 2 und 3. Die Platte 51 kann in einer chirurgischen Situation aus einem Bereich von Größen ausgewählt werden, die als ein Satz oder eine Ausstattung für den Zweck geliefert wurden, sowie die Gesamtabmessungen der Prothese einmal bestimmt wurden.
Die Seite (5A) ist markiert mit Umrißlinien 52 und Schraubenlöcher-Bereichen oder Umrissen 53 relativ zu Bezugslöchern 50, die in das vorbereitete Blatt vorgebohrt sind, während die Rückseite ebenfalls mit Umrißlinien 54 genau unterhalb der Umrißlinien 52 und einem Spiegelbild unter Verwendung der identischen Bezugslöcher 50 markiert ist. Schraubenlöcher-Bereiche oder Umrisse 55 sind auf der Rückseite mit einem kleineren Durchmesser als die Bereiche oder Umrisse 553 markiert, um eine Senkschrauben-Merkmal zu schaffen. Für abgewinkelte Schrauben können die Bereiche oder Umrisse 55 im Vergleich zu den Bereichen oder Umrissen 53 versetzt sein. Die Rückseite ist ebenfalls mit den Faltlinien 22 markiert. Wenn Krümmungen in entgegengesetzten Richtungen erforderlich wären, so daß Teile einer Fläche konvex wären, während andere Teile konkav wären, würden selbstverständlich Faltlinien auf beiden Seiten hergestellt.
Mit "Markieren" ist selbstverständlich die Entfernung oder Veränderung eines Abdeckmittels gemeint, welches eine Wachsbeschichtung oder ein Gummi- oder Kunststoffilm sein kann, der an der Metalloberfläche anhaftet, um dem Ätzmittel oder dem ECM-Elektrolyten Zugang zum Metall an den markierten Stellen zu ermöglichen.
Nach dem Ätzen oder ECM sieht der Zuschnitt 21 wie in Fig. 6 gezeigt aus, wo die Schnittabfälle 61 gezeigt sind, jedoch noch in ihrer Position. In der Praxis fallen diese herunter oder werden abgebrochen. Der Ätz- oder ECM-Vorgang hinterläßt hier scharfe Grate 62, die jedoch entfernt werden müssen. Dies wird zweckmäßig erreicht durch Elektropolieren, wobei ein elektrisches Potential an den Zuschnitt angelegt wird, während dieser sich in einem Ätzmittel befindet, welches ein schnelles Abtragen von scharfen Kanten im Vergleich mit flachen Bereichen bewirkt, um einen Zuschnitt zu hinterlassen, der im Querschnitt wie in Fig. 7 gezeigt aussieht.
Löcher können in den Zuschnitt gebohrt oder gestanzt werden, wenn der Ätz- oder ECM-Vorgang nicht doppelseitig ist, um den Vorgang zu beschleunigen.
Die Fign. 8 bis 13 illustrieren schematisch die Folge von Vorgängen eines Verfahrens zum Herstellen der Prothese 11 in Fig. 1.
Fig. 8 illustriert eine CAD/CAM-Anordnung, in welcher die geforderte Prothese als ein Bild 81 auf einem Schirm 82 modelliert wird unter Verwendung geeigneter CAD-Techniken, die beispielsweise einen Licht-, magnetischen oder induktiven Stift 83 einbeziehen können, um Merkmale von einem auf dem Schirm angezeigten Menü 84 auszuwählen und das entworfene Bild 81 zu zeichnen und zu dimensionieren. Verfügbare bildverarbeitende Software kann Operationen an dem Bild 81 wie Drehen, Versetzen, Strecken, im Maßstab verändern und so weiter durchführen. Ein Lichtkasten 85 ist vorgesehen, um eine Röntgenfotografie 86 zu beleuchten, die mit einer CCD-Kamera 87 betrachtet werden kann, um ein Bild auf dem Schirm 82 zu erzeugen, um welches herum die Prothese skizziert werden kann unter Verwendung des Licht-, magnetischen oder induktiven Stiftes 83. Die Software kann jedoch auch vorgesehen sein, um Röntgenbilder zu analysieren, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden, um Informationen zu liefern, aus denen eine dreidimensionale Darstellung der Bruchstelle berechnet werden kann, und aus denen ihrerseits die erforderliche Gestalt der Prothese ebenfalls entsprechend Algorithmen herausgearbeitet werden kann, die beispielsweise anfänglich unter Verwendung eines Expertensystems zusammengestellt worden sein konnten.
Software kann dann auch vorgesehen sein, um die Größe des erforderlichen Zuschnitts zu berechnen und die Faltlinien und andere Merkmale, die markiert werden müssen, zu bestimmen, um den Zuschnitt zum Ätzen oder ECM vorzubereiten, so daß er in die erforderliche Gestalt verformt wird.
Der Computer kann dann die Operation eines X-Y-Plotters 88 steuern, der mit einem Werkzeug 89 zum Markieren der Platte 51 für die Herstellung des Zuschnitts 21 ausgerüstet ist.
Das Werkzeug 89 kann eine Klinge oder ein Drehwerkzeug sein, zum Beispiel ein luftgetriebener Miniaturfräser, oder ein Laser oder eine elektrische Entladungsvorrichtung, um ein Abdeckmittel zu schmelzen oder zu verdampfen, oder ein Stift oder Strahldrucker oder eine ein Mittel oder eine Lösung aufbringende Luftbürste.
Der markierte Zuschnitt wird dann der Folge von Vorgängen unterworfen, die in Fig. 9 angezeigt ist, das heißt er wird zuerst geätzt oder elektrochemisch bearbeitet, dann gespült, dann wird das verbleibende Abdeckmittel entfernt, gefolgt durch Wiederätzen oder Elektropolieren, um die vom Ätzvorgang verbliebenen scharfen Grate zu entfernen, wonach er wieder gespült wird. Der so vorbereitete Zuschnitt wird nun per Hand oder Biegewerkzeug entlang der Faltlinien in seine durch diese vorgegebene endgültige Gestalt plastisch verformt, gefolgt durch eine Behandlung im Autoklav, um ihn fertig für den Gebrauch zu sterilisieren.
Fig. 10 zeigt schematisch ein Verfahren zur elektromechanischen Bearbeitung (EcM). Eine flache Metallelektrode 91 (Kathode) wird gegenüber dem Metallzuschnitt 93 (Anode) ausgerichtet, welcher eine Abdeckmittel-Beschichtung 94 aufweist, aus der Abschnitt wie bei 95 entfernt sind.
Der Metallzuschnitt 93 und die Metallelektrode 91 sind mit einer Gleichstromquelle verbunden. Eine Bogenbildung wird verhindert durch Zirkulieren eines Elektrolyten 96, zum Beispiel einem Hydroxid oder ionisierten Salz oder einer leitenden Säure wie Salpeter- oder Schwefelsäure zwischen den Elektroden. Metallionen werden von dem Zuschnitt in den Elektrolyten abgegeben an den Stellen, an denen die Abdeckmittelschicht entfernt wurde, wodurch eine Ausätzung 98 mit den geforderten Abmessungen gebildet wird.
Danach wird der Metallzuschnitt 93 gespült und die verbleibende Abdeckmittel-Beschichtung 94 wird entfernt, bevor das Elektropolieren und die anderen in Fig. 9 gezeigten Schritte durchgeführt werden, um eine vollständige Prothese zu erhalten.
Ein unterschiedliches Vorgehen ist in den Fign. 11 und 12 gezeigt. In Fig. 11 hat der Metallzuschnitt 93 (Anode) überhaupt keine Abdeckmittel-Beschichtung. Tatsächlich befindet sich die Abdeckmittel-Beschichtung 94 mit einem markierten Ätzmuster 95 auf der festen Metallelektrode 91 (Kathode). Wie mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben ist, fließt ein Strom zwischen den beiden Elektroden, wenn eine elektrolytische Lösung 96 zwischen diesen hindurchströmt, um eine Ausätzung 98 in dem Metallzuschnitt 93 zu bilden.
Fig. 12 zeigt ein weiteres unterschiedliches Vorgehen, bei welchem ein nichtleitendes Kunststoffblatt 92 zwischen dem Zuschnitt 93 und der Elektrode 91 nahe dem Zuschnitt angeordnet ist. Das Blatt 92 ist durch Fräsen, Laser oder auf andere Weise mit Öffnungen versehen, so wie es ein Abdeckmittel sein würde.
Es muß nicht immer erforderlich sein, den Elektrolyten bei Anwendung dieser Technik zu zirkulieren.
Ein Vorteil der verbesserten, mit Bezug auf Fign. 11 und 12 beschriebenen Verfahren, der in Fig. 13 deutlich gemacht wird, ist eine weitere Zeiteinsparung, da der Metallzuschnitt nicht mit Abdeckmittel bedeckt ist, wodurch der zeitraubende Schritt der Entfernung des Abdeckmittels nach dem Ätzen vermieden wird.
Während in der Literatur - siehe DE-OS 29 20 223 - vorgeschlagen wurde, das Punktbelastungen einer osteosynthetischen Platte gegen einen Knochen vermieden werden sollten zugunsten eines Kontakts entlang des größtmöglichen Oberflächenbereichs, wird nun angenommen, daß, wenn ein Knochen mit einer hier vorgeschlagenen Prothese umgeben oder teilweise umgeben wird, es wünschenswert ist, den Knochen nicht über große Oberflächenbereiche zu berühren, sondern durch Linienkontakt, wie aus dem polygonalen Querschnitt der natürlich nach den hier beschriebenen Verfahren hergestellten Prothesen folgt, um den Knochennicht vollständig einzuschließen.
Obgleich zahlreiche alternative Verfahren im Zusammenhang mit der Erfindung beschrieben wurden, ist es klar, daß noch weitere Änderungen und Modifikationen möglich sind, die innerhalb des Gesamtkonzeptes verbleiben.
Der anfängliche Zuschnitt, wenn er keine Biegung erfordert, kann nichtsdestoweniger durch Metallentfernungstechniken wie vorbeschrieben bearbeitet werden, und ein Plattenvorrat muß dann nicht verwendet werden. Zum Beispiel können profilierte Stäbe oder Rohre durch ein CAD/CAM-System entworfen und aus einem Vorrat an zylindrischen oder rohrförmigen Metallteilen hergestellt werden, wobei das Material beispielsweise durch ECM-Techniken entfernt wird, um eine endgültige osteosynthetische Prothese herzustellen.
Wenn andere Materialien verwendet werden, zum Beispiel Kunststoffe, können sie selektiv verändert werden wie durch UV-Bestrahlung, Laser geringer Leistung, Ultraschalltrichter oder Isotopbestrahlung, um eine schrumpfung entlang Linien auf einer Seite oder der anderen zu bewirken, mit der die erforderliche Verformung erzielt wird.
Und obgleich die Erfindung mit besonderem Bezug zu chirurgischen Prothesen beschrieben wurde, ist sie selbstverständlich in der Lage, geformte Gegenstände für andere Zwecke zu erzeugen, wenn eine schnelle Stück- oder Kleinserienproduktion gefordert wird, beispielsweise bei der Entwicklung von Prototypen. Die Ätz- und ECM-Vorgänge sind besondere nützlich bei der Behandlung von Blattmaterialien, die herkömmlicher Bearbeitung oder einer Druckarbeit nicht zugänglich sind, zum Beispiel Metalle, die schnell kalthärten, vollständig gehärtete Metalle, die in dünnen Federn verwendet werden, glänzend-amorphe Legierungen, die durch Schnellabschreckung erzeugt werden, und der NiTi-Bereich von Speichermetallen.

Claims

1. Verfahren für die Stück- oder Kleinserienproduktion eines geformten Gegenstandes wie einer chirurgischen Prothese,

gekennzeichnet durch

die Schritte:

a) vorbestimmen der dreidimensionalen Gestalt des geforderten Gegenstandes,

b) Auswählen eines Zuschnitts aus Blattmaterial, aus dem der Gegenstand gebildet werden kann,

c) Verarbeiten des Zuschnitts durch Entfernen von Material von diesem, um einen Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt oder einen bearbeiteten Zuschnitt, aus dem ein Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt durch Biegen des Zuschnitts gemacht werden kann, zu erhalten,

d) Anwendung eines Ätzverfahrens (was eine elektrochemische Bearbeitung sein kann) zum Entfernen des Materials, bei welchem das Abdeckmittel durch ein rechnergestütztes Gestaltungs/-Herstellungs-Verfahren entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verarbeitete Zuschnitt plastisch in die gewünschte Gestalt verformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt mit Faltlinien vorbereitet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt mit Öffnungen vorbereitet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verwendung der Herstellung einer Prothese, dadurch gekennzeichnet, daß Röntgenstrahlen-Fotografien des Protheseneinsatzortes in einer CAD- Einrichtung verwendet werden.

6. Apparat für die Herstellung von geformten Gegenständen wie einer chirurgischen Prothese aus vorgeformten Zuschnitten mit einer Zuschnittbearbeitungsvorrichtung, die die Gestalt des geforderten Gegenstandes vorbestimmt und den Zuschnitt bearbeitet, indem Material von diesem entfernt wird, um einen Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt oder einen bearbeiteten Zuschnitt, aus dem ein Gegenstand mit der vorbestimmten Gestalt durch Biegen des Zuschnitts gemacht werden kann, zu erhalten, gekennzeichnet durch eine Ätzvorrichtung (was eine elektrochemische Bearbeitung sein kann), um das Material vom Zuschnitt zu entfernen, welche ein Abdeckmittel verwendet, und eine rechnergestützte Abdeckmittel-Entfernungsvorrichtung.

7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzvorrichtung geeignet ist, Material zu entfernen, um Faltlinien auf dem Zuschnitt zu erhalten.

8. Apparat nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine elektrochemische Bearbeitungsvorrichtung mit einer Kathode und einem einen Elektrolyten enthaltenden Bad.

9. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt mit einem Abdeckmittel beschichtet und markiert ist für die Materialentfernung.

10. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadruch gekennzeichnet, daß die Kathode mit einem Abdeckmittel beschichtet und markiert ist für die Entfernung von Metall vom Zuschnitt.

11. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine gelochte, nichtleitende Schicht zwischen Anode und Kathode eingefügt ist anstelle einer Abdeckmittelschicht auf beiden.

12. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Hydroxid, eine ionisierende Salzlösung oder eine Säure ist.

13. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Entfernen von Abdeckmittel vom Zuschnitt nach einem Ätzvorgang oder einer elektrochemischen Bearbeitung.

14. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch eine Elektropoliervorrichtung zum Entfernen scharfer Kanten und Polieren des bearbeiteten Zuschnitts.

15. Apparat nach einem der Ansprüche 6 bis 14, gekennzeichnet durch eine numerisch gesteuerte Werkzeugvorrichtung zum Markieren eines Abdeckmittels oder einer nichtleitenden Schicht oder zum Entfernen von Material vom Zuschnitt durch mechanische Mittel.