Research on Friction Wear of Hip Joint Endoprostheses of Polyethylene-Metal Material Combination on Hip Joint Simulator

• Autorzy: Wiśniewski T. , Wielowiejska-Giertuga A. , Rubach R. , Łapaj Ł. , Magda J.

Warianty tytułu

PL

Badania tribologiczne endoprotez stawu biodrowego o skojarzeniu polietylen–metal na symulatorze stawu biodrowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of friction wear tests of hip joint endoprostheses. The study comprised tests of endoprostheses, commercially available on the European market, used in total hip arthroplasty. The friction pair was formed by an actual cupacetabular cup made of ultra-high molecular weight polyethylene (PE-UHMW) along with a head having a diameter of 28 mm made of stainless steel FeCrNiMnMoNbN. The friction and wear tests were performed using an SBT 01.2 hip joint simulator of the authors’ own design, which was constructed taking into account the ISO 14242-1 standard. Bovine serum was used as the lubricant. The tests of each friction pair were made up to 5·106cycles of motion. During the tests, simulator operation was interrupted every 5·105 cycles to replace the lubricating liquid, and mass control was performed every 1·106 cycles. Prior to testing, the polyethylene cup was soaked in the lubricant to minimize liquid absorption during the test. Proper preparation of the cup and testing by taking into account a control group weight measurement allowed an accurate determination of the mass loss of the polyethylene cup.

PL

Przedstawiono wyniki badań tarciowo-zużyciowych endoprotez stawu biodrowego. Materiał badany stanowiły endoprotezy komercyjne dostępne na rynku europejskim, stosowane w alloplastyce całkowitej stawu biodrowego. Parę trącą tworzyła panewka wykonana z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej PE-UHMW wraz z głową o średnicy 28 mm wykonaną ze stali o symbolu producenta SS (FeCrNiMnMoNbN). Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzono przy użyciu symulatora ruchu stawu biodrowego SBT 01.2 własnej konstrukcji, który skonstruowany został w oparciu o normę ISO 14242-1. Jako medium smarujące zastosowano surowicę bydlęcą, która przygotowywana była do testów zgodnie z wytycznymi opisanymi w normie ISO 14242-1. Dla każdej pary trącej zadana liczba cykli ruchu wynosiła 5·106. W trakcie trwania testów, co 5·105 cykli praca symulatora była przerywana celem wymiany cieczy smarującej, a co 1·106 przeprowadzano kontrolę masy próbek. Przed przystąpieniem do testów tarciowo-zużyciowych polietylenowa panewka namaczana była w cieczy smarującej celem zminimalizowania absorpcji cieczy w trakcie trwania testu. Odpowiednie przygotowanie panewek oraz przeprowadzenie testu z uwzględnieniem grupy kontrolnej pozwoliło na określenie zużycia masowego panewek polietylenowych.

Słowa kluczowe

EN

endoprosthesis; wear; polyethylene-on-metal articulation; endoproteza; zużycie; skojarzenie materiałowe polietylen–metal

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 5
• Strony: 153--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniewski T.

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

autor

Wielowiejska-Giertuga A.

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

autor

Rubach R.

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

autor

Łapaj Ł.

• Poznan University of Medical Sciences, ul. Fredry 10, 61-701 Poznań, Poland

autor

Magda J.

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

Bibliografia

• 1. http://www.nazdrowie.pl/artykul/alloplastyka-ratunek-dla-stawu.
• 2. http://anatomiazycia.pl/.
• 3. Gierzyńska-Dolna M., Wiśniewska-Weinert H., Adamus J.: Tribologoczne i materiałowe uwarunkowania stosowania endoprotez stawów, Tribologia vol. nr 1 (2009), s. 47–62.
• 4. http://psz.zus.pl/.
• 5. Skalski K.: Endoproteza krążka międzykręgowego kręgosłupa – konstrukcja, technologia wytworzenia i przygotowania do zastosowań klinicznych: Monografia, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań 2013.
• 6. (ISO 5834-1:2005) Implants for surgery – Ultra-high-molecular-weight polyethylene – Part 1: Powder form.
• 7. (ISO 5834-2:2011) Implants for surgery – Ultra-high-molecular-weight polyethylene – Part 2: Moulded forms.
• 8. (ISO 5832-11) Implants for surgery – Metallic materials – Part 11: Wrought titanium 6-aluminium 7-niobium alloy.
• 9. (ISO 5832-2:1999) Implants for surgery – Metallic materials – Part 2: Unalloyed titanium.
• 10. (ISO 14242-1:2012) Implants for surgery – Wear of total hip-joint endoprostheses – Part 1: Loading and displacement parameters for wear-testing machines and corresponding environmental conditions for test.
• 11. Wiśniewski T., et al.: Stand for tribological testing of hip endoprostheses., Tribologia vol. 6 (2016), s. 167–177.
• 12. (ISO 14242-2:2012) Implants for surgery – Wear of total hip-joint endoprostheses – Part 2: Methods of measurement.
• 13. Banchet V., et al.: Wear and friction characterization of materials for hip prosthesis, Wear vol. 263 (2007), s. 1066–1071.
• 14. Yan Y., Dowson D., Neville A.: In-situ electrochemical study of interaction of tribology and corrosion in artificial hip prosthesis simulators, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials vol. 18 (2013), s. 191–199.
• 15. Saikko V.: A simulator study of friction in total replacement hip joints, Proc. Inst. Mech. Engrs. vol. 206 (1992), s. 201–211.
• 16. Okazaki Y.: Effect of head size on wear properties of metal-on-metal bearings of hip prostheses, and comparison with wear properties of metal-on-polyethylene bearings using hip simulator, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials vol. 31 (2014), s. 152–163.
• 17. Zgłoszenie patentowe „Tester tribologiczny”: z dn. 16.09.2016.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).