Stand for tribological testing of hip endoprostheses

• Autorzy: Wiśniewski T. , Mróz A. , Magda J. , Wielowiejska-Giertuga A.

Warianty tytułu

PL

Stanowisko do badań tribologicznych endoprotez stawu biodrowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a new construction of hip-joint simulator. The SBT-01.2 simulator is designed for conducting tribological testing of hip endoprostheses based on ISO 14242-1, which specifies the requirements for the range of motion and load characteristics of the friction pair (femoral head vs. acetabular cup) during one test cycle. The construction of the simulator is based on the anatomical structure of the human hip joint. The prosthesis acetabulum is mounted in the upper part of the mounting head while maintaining the inclination angle relative to the axis of the socket to the direction of the loading force. The head of the prosthesis is mounted on a pin embedded in the bottom, movable base. After placing a special sleeve on the lower base, liquid lubricant is applied on the head-cup tribological system. The employed software enables continuous control, online visualization, and data recording. During testing, parameters such as lubricant temperature, instantaneous loading force, friction torque, and the number of cycles are recorded.

PL

W artykule przedstawiono nową konstrukcję symulatora ruchu stawu biodrowego. Symulator SBT-01.2 przeznaczony jest do realizacji badań tribologicznych endoprotez stawu biodrowego w oparciu o normę ISO 14242-1, która określa wymogi dotyczące zakresu ruchów i charakterystyki obciążenia pary trącej (głowa-panewka) w czasie jednego cyklu badawczego. Konstrukcja symulatora oparta została na anatomicznej budowie stawu biodrowego człowieka. Panewka endoprotezy zamontowana jest w górnej części w głowicy mocującej z zachowaniem kąta inklinacji osi panewki względem kierunku przyłożenia siły obciążającej. Głowa endoprotezy mocowana jest na trzpieniu osadzonym w dolnej, ruchomej podstawie. Po założeniu specjalnego rękawa na dolnej podstawie układ tribologiczny głowa-panewka zalewany jest cieczą smarującą. Zastosowane oprogramowanie umożliwia stałą kontrolę, wizualizację online i zapis danych. Podczas testu rejestrowane są takie parametry jak: temperatura cieczy smarującej, chwilowa wartość siły obciążającej, moment siły tarcia i aktualna liczba cykli.

Słowa kluczowe

EN

hip joint simulator; endoprosthesis; friction torque; wear; metal-on-polyethylene articulation

PL

symulator ruchu stawu biodrowego; endoproteza; moment sił tarcia; zużycie; skojarzenie materiałowe metal-polietylen

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 6
• Strony: 167--177
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Wiśniewski T.

• Metal Forming Institute, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznan, Poland

autor

Mróz A.

• Metal Forming Institute, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznan, Poland

autor

Magda J.

• Metal Forming Institute, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznan, Poland

autor

Wielowiejska-Giertuga A.

• Metal Forming Institute, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznan, Poland

Bibliografia

• 1. Karakoyun Ö., Erol M. F., Aslan A., Kankstz M., Giinaydm B., Early clinical and radiological results of minimally invasive total hip replacement, Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma, In Press, Corrected Proof, Available online 8 April 2016.
• 2. Łapaj Ł., Markuszewski J., Rybak T., Wierusz-Kozłowska M., Debonding of porous coating of a threaded acetabular component: Retrieval analysis, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 17, January 2013, Pages 107-111.
• 3. Alshuhri A. A., Holsgrove T. P., Miles A. W., Cunningham J. L., Development of a non-invasive diagnostic technique for acetabular component loosening in total hip replacements, Medical Engineering & Physics, Volume 37, Issue 8, August 2015, Pages 739-745.
• 4. http://prog.nfz.gov.pl (dostęp online: 15.04.2016).
• 5. Alidousti H., Taylor M., Bressloff N. W., Periprosthetic wear particie migration and distribution modelling and the implication for osteolysis in cementless total hip replacement Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 32, April 2014, Pages 225-244.
• 6. Galanis N. I., Manolakos D. E., Design of a Hip Joint Simulator According to the ISO 14242, Proceedings of the World Congress on Engineering 2011 Vol III WCE 2011, July 6 - 8, 2011, London, U.K.
• 7. Calonius O., Saikko V., Force track analysis of contemporary hip simulators, Journal of Biomechanics 36 (2003) 1719-1726.
• 8. Mróz A., Wiśniewski T., Łapaj Ł., Gierzyńska-Dolna M., Woźniak W., Wpływ zmiany kąta antewersji panewki na zużycie endoprotezy stawu biodrowego, Inżynieria Materiałowa, 2013, 6, 660-663.
• 9. Gierzyńska-Dolna M., Rybak T., Wendland J., Wiśniewska-Weinert H., Metody badań materiałów i elementów endoprotez stawu biodrowego w Instytucie Obróbki Plastycznej, Tribologia, 2010, 4, 107-116.
• 10. Mróz A., Janczak M., Sulej-Chojnacka J., Rybak T., Gierzyńska-Dolna M., Wpływ kąta ustawienia panewki endoprotezy stawu biodrowego na obciążenie tribologiczne pary trącej ,,głowa-panewka", Obróbka Plastyczna Metali, 2011, 22, 2, 141-152.
• 11. ISO 14242-1:2012, Implants for surgery - Wear of total hip-joint prostheses - Part I: Loading and displacement pararneters for wear-testing machines and corresponding environmental conditions for test.
• 12. ASTM F3047M-15 - Standard Guide for High Demand Hip Simulator Wear Testing of Hard-on-hard Articułations.
• 13. Bergmann G.l., Graichen F., Roblmann A., Bender A., Heinlein B., Duda G.N., Heller M.0., Morlock M.M., Realistic loads for testing hip implants. Biomed Mater Eng. 2010; 20(2):65-75.
• 14. ISO 14242-2:2012, Implants for surgery - Wear of total hip-joint prostheses - Part 2: Methods of measurement.
• 15. Williams S., Jalali-Vahid D., Brockett C., Jin Z., Stone M. H., Ingharn E., Fishe J., Effect of swing phase load on metal-on-metal hip lubrication, friction and wear, Journal of Biomechanics 39 (2006) 2274-2281.
• 16. Tipper J.L., Firkins P.J., Ingbarn E., Stone M., Fisher J., Farrar R., 1999. Quantitative analysis of the wear and wear debris from low and high carbon content cobalt chrome alloys used in metal on metal total hip replacements. Journal of Materials Science Materials in Medicine IO, 353-362.
• 17. Hooke C.J., The elastohydrodynamic lubrication of heavily - loaded point contacts., J. Mech. Eng. Sci. 22, 1980, 183-187.
• 18. Yao J. Q., Laurent M. P., Johnson T. S., Blanchard C. R, Crowninshield R.D., The influences of lubricant and material on polymer/CoCr sliding friction, Wear 255 (2003) 780-784.
• 19. Banchet V., Fridrici V., Abry J.C., Kapsa Ph., Wear and friction characterization of materials for hip prosthesis, Wear 263 (2007) I066-1071.
• 20. Hall R.M., Unsworth A., Friction in hip prostheses - review, Biomaterials 1997, 18, 15, 1017-1026.
• 21. Yan Y., Dowson D., Nevilłe A., In-situ electrochemical study of interaction of tribology and corrosion in artificial hip prosthesis simulators, Journal of Mechanical behavior of Biomedical Materials 2013, 18, 191-199
• 22. Saikko V.: A simulator study of friction in total replacement hip joints. Proc. Inst. Mech. Engrs, 206, (1992), 201-211.
• 23. Magda J., Wiśniewski T., Mróz A., Janczak M., Sposób testowania protezy stawu biodrowego oraz tester realizujący ten sposób, Zgłoszenie patentowe nr P.407894 z dn. 14.04.2014.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).