Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Testing the cobalt ion emission on the stand for different angles of positioning the components of the metal–metal hip joint endoprosthesis

Wiśniewski Tomasz, Libera Michał

Tribologia

|

2021

|

nr 3

57--64

EN

The paper deals with the subject related to the assessment of the influence of the axis angle of the metal components of the hip joint on the emission of cobalt ions. The tribological tests were carried out with the use of a simulator for the examination of hip joint endoprostheses, the structure of which enables the fixation of endoprosthesis components in accordance with the anatomical structure of the human hip joint. During the tests, the simulator performs flexion and extension movements as well as loads occurring in the human hip joint while walking. Loss-wear tests were carried out for nine variants of the “head–cup” system settings. These settings were determined on the basis of CT images obtained from patients after arthroplasty. After the tribological tests were completed, samples of the lubricating fluid with the wear products suspended in it were collected in order to determine the concentration of cobalt ions, which was carried out using the atomic absorption spectrometry method. As a result, the influence of the head antetorsion angle (α) and the acetabular anteversion angle (β) on the concentration of cobalt ions was analysed.

PL

W pracy poruszono problematykę związaną z oceną wpływu kątów elementów endoprotezy stawu biodrowego na emisję jonów kobaltu. Badania tribologiczne przeprowadzono przy użyciu symulatora do badania endoprotez stawu biodrowego, którego konstrukcja umożliwia mocowanie elementów endoprotezy zgodnie z budową anatomiczną stawu biodrowego człowieka. Podczas testów symulator wykonuje ruchy zgięcia i wyprostu oraz obciążenia występujące w stawie biodrowym człowieka podczas chodzenia. Testy zużycia przeprowadzono dla dziewięciu wariantów ustawień układu „głowa–panewka”. Ustawienia te zostały określone na podstawie obrazów CT uzyskanych od pacjentów po endoprotezoplastyce. Po zakończeniu badań tribologicznych pobrano próbki cieczy smarującej z pozostałymi w niej produktami zużycia w celu oznaczenia stężenia jonów kobaltu, co przeprowadzono metodą atomowej spektrometrii absorpcyjnej. W rezultacie przeanalizowano wpływ kąta antetorsji głowy (α) i kąta antewersji panewki (β) na stężenie jonów kobaltu.

2

Design of initial fixation in bone of customized innovative hip resurfacing endoprosthesis based on validated numerical model of the biomimetic multi-spiked connecting scaffold embedding in bone and data from the human osteoarthritic femoral heads μCT assessment

Uklejewski Ryszard, Patalas Adam, Winiecki Mariusz, Rogala Piotr

Engineering of Biomaterials

|

2021

|

Vol. 24, no. 163

21

3

Zjawiska biomineralogiczne w endoprotezach stawu biodrowego

Pawlikowski M.

Auxiliary Sciences in Archaeology, Preservation of Relics and Environmental Engineering

|

2018

|

nr 25

71--88

PL

Wykonano badania elementów endoprotez stawu biodrowego pod kątem starzenia się materiałów, rozpoznania struktur stosowanych metali oraz cementów służących do fiksacji endoprotez. Badaniom poddano także „zużyte" elementy endoprotez po różnych okresach ich funkcjonowania. Stwierdzono, że starzenie się polimerów prowadzi to ich spękania przez co skraca się czas prawidłowego funkcjonowania panewek i całych sztucznych stawów. W „pracujących” elementach metalowych (głowy endoprotez) zaobserwowano w stali wtrącenia mikro żużelków, które po wykruszeniu się ze stali pod czas stawu biodrowego niszczą gładź powierzchni głowy endoptotezy oraz wewnętrzna powierzchnię panewki. Długotrwałe obciążenie panewek prowadzi do zmiany struktury atomowej polipropylenu z którego wykonane są panewki. To pociąga za sobą szybsze niszczenie obciążanej panewki. Badane, dwuskładnikowe cementy fiksujące endoprotezę zawierały banieczki powietrza, co jest efektem mieszania składników. Ich obecność osłabia stabilizacje endoprotezy przyspieszając konieczność jej wymiany.

EN

Tests were performed on elements of hip joint endoprostheses regarding aging of the materials, structures of the metals as well as the cements used to fix the implant to the bone.“Worn out” elements of endoprostheses after different periods of functioning were also studied It was determined that aging of the polymers leads to their cracking, which shortens the time of proper functioning of the acetabula and the whole artificial joints. In the “working” metal elements (femoral heads) creation of micro slag bits in the steel was observed. Those bits break out from the steel during the functioning of the hip joint, damaging the surface finishing of the head of the implant and the inner surface of the acetabulum. Long-term load on the acetabula leads to changes in the atomic structure of the polypropylene that they are built of. That causes the acetabula to wear out faster. Two-component fixing cements that were tested contained air bubbles as a result of mixing the components. Their presence weakens the endoprostheses stabilization, accelerating the necessity to replace it.

4

Surface Random Parameters for Endoprosthesis Lubrication

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2016

|

nr 1

117--127

PL

Na podstawie danych statystycznych WHO przeprowadzonych w Unii Europejskiej stwierdzono, że system tribologiczny, jaki tworzy endoproteza, doznaje ponad milion obciążeń o charakterze udarowym. Obciążenia dynamiczne mogą w wielu przypadkach przekraczać czterokrotną wartość ciała pacjenta. Znaczna część takich niepożądanych impulsów kończy się koniecznością ponownej wymiany endoprotezy biodra. Badania doświadczalne wielu badaczy potwierdzają, że po wszczepieniu endoprotezy stawu biodrowego mamy często do czynienia z obszarami przeciążenia i niedociążenia. Zarówno jedne, jak i drugie są niekorzystne w trakcie eksploatacji endoprotezy. Po wszczepieniu trzpienia do kanału kości udowej pod wpływem siły mogą pojawić się pewne mikrometrowe przemieszczenia trzpienia względem cementu kostnego. Zarówno opisane przemieszczenia, jak też obszary przeciążenia i niedociążenia są na ogół powodowane niestosowną geometrią powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych endoprotezy uzależnioną od chropowatości powierzchni, która ma bezpośredni wpływ na wysokość szczeliny. Klasyczne generowanie procesu produkcji i wytwarzania endoprotez o optymalnej strukturze geometrycznej powierzchni jest bardzo trudne, a w wielu przypadkach wręcz niemożliwe. Dlatego niezbędne jest uprzednie stochastycznekształtowanie struktury geometrycznej projektowanych endoprotez polegające na oszacowaniu losowych wartości oczekiwanych, czyli średnich wartości probabilistycznych oraz odchyleń standardowych optymalnych wysokości mikrochropowatości powierzchni, które mają bezpośredni wpływ na pożądaną wysokość szczeliny, siły nośne, siły tarcia, wartości zużycia, a w końcu na optymalną możliwość implantacji endoprotezy stawu biodrowego człowieka. Wyniki niniejszej pracy uzyskano na podstawie przeprowadzonych badań eksperymentalnych dotyczących pomiarów struktur geometrycznych powierzchni endoprotez oraz z wykorzystaniem wiedzy teoretyczno-numerycznej. Ukazane w niej rezultaty prezentują metodologię i cele opisanej idei badawczej, umożliwiając szeroką dyskusję potrzebną do dalszych badań w zakresie projektów bioinżynierii.Przedstawiony został również parametryczny opis parametrów powierzchni endoprotez. Mogą one również znaleźć zastosowania przy probabilistycznej ocenie parametrów struktur geometrycznych powierzchni rozmaitych implantów.

EN

Within the last ten years in the European Union the number of bone fractures caused by the osteoarthritis increased twofold. More than 100000 hip or knee joints in total have been implanted in Germany during one year. Within ten years, 5% of them have failed by aseptic loosening. The non-invasive determination of friction forces and the control of their values during lubrication of cartilage cells on the superficial layer of human joint surfaces before implantation have a significant but not sufficient influence on the observation of the early abrasive wear of cartilage joint and the development of osteoporosis. From this fact was drawn the inspiration for the performed investigations referring the endoprosthesis surface parameters, because knowledge of the roughness of prosthesis surfaces and friction forces and their control methods makes it possibile to provide the necessary random standard deviation of gap height and finalny information about implantation possibility. This paper has been prepared based on the objective knowledge gained from the author’s experimental and theoretical experiences to represent the methodology and goal of the idea described in the study and to make possible a wider discussion on this subject for further developments during the realization of various bioengineering projects in the field of hydrodynamic artificial human and humanoid robots joints.

5

Porównanie odporności na zużycie ścierne wybranych biomateriałów metalicznych przeznaczonych na komponenty endoprotez ortopedycznych

Zasińska K., Seramak T., Łubiński J. I.

Tribologia

|

2015

|

nr 6

187--198

PL

Rosnące z każdym rokiem zapotrzebowanie na endoprotezy stawów ortopedycznych przy jednoczesnym dążeniu do zwiększenia ich trwałości i wyeliminowania negatywnych skutków ubocznych produktów zużycia, które mogą wywoływać proces zapalny w tkankach determinuje potrzebę poszukiwania nowych biomateriałów bądź metody modyfikacji ich powierzchni. Nadrzędnym celem prowadzonych przez nas badań było oszacowanie intensywności zużycia ściernego biomateriałów obecnie stosowanych na pary trące w endoprotezach ortopedycznych oraz nowego stopu tytanu Ti13Nb13Zr w aspekcie zastosowania go na elementy trące endoprotez. Do badań użyto czterech biomateriałów metalicznych: stopu Ti13Nb13Zr, stali nierdzewnej 316 LVM, stopu CoCrMo oraz stopu Ti6Al4V. Materiałem przeciwpróbki był polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHMW). Oceny odporności na zużycie ścierne badanych biomateriałów dokonano na podstawie wyznaczania wartości współczynnika tarcia dla konkretnej pary trącej, zmierzenia profili chropowatości powierzchni oraz obserwacji mikroskopowych (LM).

EN

The demand for orthopaedic joint prosthesis is growing each year. Simultaneously striving to increase their durability and eliminate negative effects of wear products that can cause inflammation in the tissues determines the need to search for new biomaterials or methods for the modification their surfaces. The overall objective of our research was to estimate the intensity of abrasive wear in currently used biomaterials on the friction pairs in orthopaedic endoprosthesis and the intensity of abrasive wear of a new titanium alloy (Ti13Nb13Zr) in the aspect of its practical use on the friction pairs in orthopaedic prostheses. For the research purposes, the following four metallic biomaterials were used: Ti13Nb13Zr alloy, 316 LVM stainless steel, CoCrMo alloy, and Ti6Al4V alloy. The counter samples in each of the friction pairs were made from ultra-high molecular weight polyethylene (PE-UHMW). It is important to tribological tests on the samples of friction pairs and then on the elements of endoprostheses. Evaluation of the abrasive wear resistance of the tested biomaterials was based on the determination of the friction coefficient for the particular friction pair and the measurement of the profiles of the surface roughness and optical microscopy observations by means of a light microscopy (LM). The analysis of the research results shows that the Ti13Nb13Zr alloy has relatively good tribological properties and allows for obtaining a low frictional resistance in the friction pair with PE-UHMW. Furthermore, considering the favourable mechanical properties of the tested Ti13Nb13Zr alloy and its high biocompatibility with the human body, it seems to be the very perspective biomaterial for use for the longterm implants. The desire to improve its durability in the researched biotribological system leads to searching for methods for the modification its surface.

6

Specyfika mechanicznej obróbki wykończeniowej implantów i endoprotez

Bakoń A., Brzeziński M. R., Marchlewski P.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 8-9CD1

15--19

PL

W artykule opisano zastosowania obróbek wykończeniowych w luźnych kształtkach ścierno-polerskich i strumieniowo-ściernych w produkcji wyrobów dla chirurgii. Przedstawiono wyniki badań własnych oraz zastosowań przemysłowych związanych ze szlifowaniem i polerowaniem zębów z tworzyw sztucznych, metalowych płytek kostnych i wkrętów do chirurgii, a także stentów oraz endoprotez stawów.

EN

In this paper there are described the applications of finishing treatments by grinding or polishing loose chips and shot blasting in production processes of parts for surgery. We presented effects of our studies and industrial applications for grinding and polishing plastic artificial teeth, metal bone plates and surgical screws. There are also presented the examples of stents and endoprothesis.

7

The Possibility Of Use Of Laser-Modified Ti6Al4V Alloy In Friction Pairs In Endoprostheses

Majkowska B., Jażdżewska M., Wołowiec E., Piekoszewski W., Klimek L., Zieliński A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

755--758

EN

The purpose of this paper is to show results of laser treatment at cryogenic conditions of the Ti6Al4V alloy used for orthopedic applications. That modification process ought to bring beneficial changes of microstructure and residual stresses in the surface layer. The paper presents the abrasive wear of the base and laser remelted material in association with ceramics Al2O3. Despite the surface cracking after laser treatment the tribological properties in simulated body fluid have been substantially improved.

PL

Celem artykułu jest pokazanie rezultatów obróbki laserowej w warunkach kriogenicznych stopu Ti6Al4V używanego w aplikacjach ortopedycznych. Tego rodzaju proces modyfikacji powinien przynieść korzystne zmiany w mikrostrukturze i naprężeniach własnych warstwy wierzchniej. Artykuł prezentuje badania odporności na zużycie ścierne materiału podstawowego i nadtopionego laserowo w skojarzeniu z ceramiką Al2O3. Pomimo pęknięć na powierzchni materiału po obróbce laserowej własności tribologiczne badane w roztworze symulującym płyn ustrojowy zostały znacznie ulepszone.

8

Ocena odporności na zużycie ścierne stopów Ti na elementy pary trącej endoprotez stawu kolanowego

Majkowska B., Jażdżewska M., Miotke D., Zieliński A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

501--504

PL

Najczęściej stosowanym biomateriałem tytanowym na elementy endoprotez stawu kolanowego jest stop Ti6Al4V. Ze względu na zawartość wanadu, zaliczanego do pierwiastków o dużej toksyczności, są podejmowane działania w kierunku zastąpienia tego stopu stopami bezwanadowymi. Jednym z najbardziej obiecujących jest stop Ti13Nb13Zr zawierający w swoim składzie jedynie pierwiastki witalne, niewywołujące stanów zapalnych i odczynów alergicznych. W artykule zaprezentowano wyniki badań odporności na zużycie ścierne stopów tytanu: Ti6Al4V (powszechnie stosowanego) i Til3Nbl3Zr (stopu nowej generacji) w skojarzeniu z polietylenem (PE-UHMW) predysponowanych na elementy pary trącej w endoprotezie kolanowej. Otrzymane wyniki przeanalizowano pod kątem możliwości zastosowania stopu tytanu nowej generacji na komponenty tej endoprotezy. Próby odporności na zużycie ścierne wybranych par ciernych przeprowadzono z wykorzystaniem tribometru PT-3 w środowisku cieczy symulującej płyn ustrojowy - roztworu Ringera. Zastosowano obciążenie rzędu 2 kN przy prędkości obrotowej próbek tytanowych 30 obr/min przez 1 lub 2 godziny. Zużycie ścierne w parze trącej Ti13Nb13Zr-PE-UHMW jest mniej sze niż w przypadku pary Ti6Al4V-PE-UHMW i to zarówno globalnie w odniesieniu do całego skojarzenia, jak i w odniesieniu do pojedynczych próbek. Udział produktów zużycia w streﬁe tarcia także jest większy w przypadku skojarzenia Ti6Al4V-PE-UHMW. Produkty te, przemieszczając się pomiędzy współpracującymi materiałami, działają jak ścierniwo, intensyﬁkując procesy zużycia ściernego. Średni ubytek masy określany na podstawie metody wagowej próbki Z Ti6Al4V wyniósł 0,00177 g, a Ti13Nb13Zr 0,00062 g. W przypadku próbek UHMW-PE współpracujących Z Ti6Al4V ubytek wynosił 0,0043 g, a dla skojarzonych Z Ti13Nb13Zr 0,00234 g. Badania struktury geometrycznej powierzchni próbek roboczych z rejestracją zmian chropowatości Ra wykazały większe zużycie po stronie próbek ze stopu Ti6Al4V, dla których mimo mniej szych, początkowych wartości Ra, końcowa, uśredniona wartość była równa 0,53 um. Dla próbek Ti13Nb13Zr wyniosła ona 0,43 um. W przypadku próbek UHMW-PE współpracujących z Ti6Al4V to 0,85 um, a dla skojarzonych Z Ti13Nb13Zr 0,61 um.

EN

The Ti6Al4V alloy is commonly used titanium biomaterial in elements of knee joint endoprosthesis. Taking into consideration the content of vanadium, which is ranked as the element ofhigh toxicity, there are taken efforts to substitute this alloy with non-vanadium alloys. One of the most promising is Ti13Nb13Zr alloy. It contains only vital elements which do not cause inﬁammations or allergic reactions. The paper presents research results of resistance to abrasive wear of titanium alloys: Ti6Al4V (commonly used) and Ti13Nb13Zr (alloy of new generation) in association with polyethylene (PE-UHMW) predisposed for elements on pair ofthe knee endoprosthesis. Results were analyzed considering the possibility of use new generation titanium alloys for components for these endoprosthesis. Tests of resistance to abrasive Wear of selected friction pair were conducted in PT-3 tribometer in Ringer”s solution environment under constant load 2.0 kN, rotational speed of the moving specimens (Til3Nbl3Zr and Ti6Al4V): 30 rpm, test duration: 1 or 2 hours. Resistance to abrasive wear of selected pair of friction Til3Nb13Zr-PE- UHMW is lower than fon Ti6Al4V-PE-UHMW pair, not only globally - in reference to whole join - but also in reference to individual samples. Contribution of wear products is also higher in Ti6Al4V-PE-UHMW pair. These products move between mating materials, they act as grindings, thus intensifying the process of abrasive Wear. average mass losses determined by weight method for Ti6Al4V and Ti13Nb13Zr sample were 0.00177 g and 0.00062 g, respectively. In case of PE-UHMW samples associated with Ti6Al4V it Was 0.0043 g, whereas for Til3Nbl3Zr it Was 0.00234 g. Geometric structure analysis of sample surfaces, from registration Ra roughness changes, revealed higher wear on Ti6Al4V alloy samples, despite lower initial value of Ra, their ﬁnal average value was 0.53 um while for Ti13Nb13Zr sample was 0.43 um. In case of UHMW-PE samples associated with Ti6Al4V this value equaled to 0.85 um, while in case ofTi13Nb13Zr it was 0.61 um.

9

Fuzzy reasoning system design and assessment of load-bearing endoprostheses and their fabrication processes

Sobieszczyk S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

760-766

EN

Five attempts of an application of a fuzzy reasoning approach to problems encountered in biomechanics and engineering of biomaterials are presented. They include: (A) assessment of maximum contact stress acting on endoprosthesis, (B) design of sintering plan to obtain a porous/scaffold implant, (C) design of oxidation plan to obtain nanotubular oxide structure on the Ti alloy, (D) and (E) design of deposition of hydroxyapatite coating on the Ti alloy. The fuzzy reasoning system is shown to well predict: the maximum contact stress estimation on acetabular surface of the load-bearing hip joint endoprosthesis for chosen and given Wiberg's angle values and patient's body weight; the optimal geometry of scaffold's architecture; the geometry of TiO2 nanotubular layer on titanium surface and directions of the adjustment of fabrication conditions; the ratio of Ca/P and the coating crystallinity; effects of control factors (sintering temperature and content of ZnO) on mechanical properties of BHA-ZnO composite. A small deviation of the predicted values from those obtained in the course of experiments can be decreased by improvement of the proposed fuzzy model i.e. adjusting fuzzy membership functions of input and output variables.

PL

Zaproponowano pięć zastosowań podejścia rozumowania rozmytego do rozwiązania problemów w dziedzinie biomechaniki oraz inżynierii biomateriałów. Obejmują one: (A) oszacowanie maksymalnych naprężeń kontaktowych działających na endoprotezę, (B) zaprojektowanie procesu spiekania dla otrzymania porowatego implantu, (C) opracowanie planu utleniania w celu otrzymania struktury nanorurkowej na stopach Ti, (D) oraz (E) zaprojektowanie osadzania powłoki hydroksyapatytowej na stopach Ti. System wnioskowania rozmytego umożliwił poprawne oszacowanie: maksymalnych naprężeń kontaktowych na powierzchnię panewki w endoprotezie stawu biodrowego przenoszącej obciążenia dla wybranych wartości kata Wiberg'a oraz masy ciała pacjenta; optymalną geometrię architektury rusztowania implantu; optymalną geometrię nanorurkowej warstwy tlenku TiO2 na powierzchni tytanu oraz optymalizację warunków procesu jej wytwarzania; stosunek molowy Ca/P oraz krystaliczność powłoki; wpływ określonych czynników (temperatura spiekania oraz zawartość ZnO) na włsności mechaniczne kompozytu BHA-ZnO. Zauważono niewielkie odchyłki przewidywanych wartości od parametrów uzyskanych w trakcie przeprowadzania eksperymentów, które mogą zostać zmniejszone poprzez odpowiednie dostrojenie modelu rozmytego, np. poprzez regulację rozmytych funkcji przynależności dla zmiennych wejściowych i wyjściowych.

10

Przedkliniczne testy endoprotez stawu biodrowego z wykorzystaniem metody elementów skończonych

Ryniewicz A. M., Madej T.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 94

14--23

PL

W opracowaniu przedstawiono metodę wykonania testów przedklinicznych w aplikacjach endoprotezy stawu biodrowego w układzie anatomicznym. Metoda polegała na modelowaniu różnych konstrukcji endoprotez wykonanych z różnych biomateriałów i wirtualnym osadzaniu, w odwzorowanych na podstawie tomografii komputerowej (CT), strukturach kostnych. Wykorzystanie metody elementów skończonych pozwoliło na przeprowadzenie analiz numerycznych w zamodelowanych obiektach badań. W warunkach przenoszenia obciążeń lokomocyjnych dokonywana była wizualizacja rozkładów naprężeń, przemieszczeń i odkształceń w endoprotezie, kości miednicznej oraz w bliższym końcu kości udowej. Wyniki badań pozwoliły porównać rozwiązania konstrukcyjne endoprotez stawu biodrowego oraz ocenić charakter oddziaływania sztucznego stawu na otaczające tkanki kostne w warunkach indywidualnego pacjenta.

EN

The method of preclinical tests in application of endoprostheses of hip joint in the anatomical system is presented in this elaboration. The method is based on the modeling of different constructions of endoprostheses made from different biomaterials. The endoprostheses were virtually placed in natural bone structures and obtained from the computer tomography diagnostic (CT). The use of the finite element method allowed to carry on numerical analyses in modeled objects of tests. The visualization of distribution of stresses, displacements and deformations in endoprostheses, pelvis bone and femoral bone was conducted in the conditions of transfer of load. The results of tests let to compare the construction solutions of endoprostheses of hip joint and estimate the interaction of artificial hip joint on the surrounding bone tissues in individual patientconditions.

11

Mikrostruktura i właściwości niskotarciowej nanokompozytowej powłoki nc-TiC/a-C na utwardzonym tlenem stopie Ti-6Al-7Nb

Moskalewicz M., Wendler B., Zimowski S., Czyrska-Filemonowicz A.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 99-101

42--44

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę mikro/nanostruktury, właściwości mikro-mechanicznych i tribologicznych powłoki nc-TiC/a-C osadzonej na utwardzonym powierzchniowo atomami tlenu stopie Ti-6Al-7Nb. Badania mikro/nanostruktury przeprowadzono za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej na próbkach z przekroju poprzecznego. Stwierdzono, że powłoka nc-TiC/a-C zbudowana jest z nanokrystalicznych cząstek TiC w amorficznej osnowie węgla. W warstwie wierzchniej utwardzonego tlenem stopu występował roztwór stały tlenu w tytanie α(O). Zastosowana obróbka powierzchniowa istotnie poprawiła mikrotwardość oraz właściwości tribologiczne stopu Ti-6Al-7Nb (wzrost odporności na zużycie przez tarcie, zmniejszenie współczynnika tarcia).

EN

The microstructure as well as micro-mechanical and tribological properties of the nc-TiC/a-C coating deposited on oxygen hardened Ti-6Al-7Nb alloy were examined. Scanning- and transmission electron microscopy investigations on cross-section specimens were used for determination of microstructure and phase composition. It was found that the nc-TiC/a-C coating is composed of TiC nanocrystals embedded in an amorphous carbon matrix. The Ti α(O) solid solution enriched by interstitial oxygen atoms was mainly present in the near-surface region. A particular preliminary surface treatment of specimens significantly improved microhardness and final tribological properties: it increased wear resistance and decreased friction coefficient of the alloy against alumina bearing ball dry ball-on-disc sliding tests.

12

Współczesne trendy w bioinżynierskim projektowaniu małoinwazyjnych endoprotez stawów

Uklejewski R., Rogala P., Winiecki M., Mielniczuk J., Auguściński A., Berdychowski M.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 77-80

32--33

PL

Obecnie badania, zarówno bioinżynierskie jak i kliniczne, w zakresie endoprotezowania stawów prowadzone są dwutorowo: 1) w kierunku doskonalenia strukturalnych i osteoindukcyjnych właściwości powierzchni implantów współpracujących z kością i porowatych pokryć elementów endoprotez mocowanych bezcementowo oraz aktualnie nastąpił 2) renesans tzw. ‘kapoplastyki powierzchniowej’ – polegającej na wymianie powierzchni stawowych, np.: powierzchni panewkowej i udowej stawu biodrowego bez uszkadzania kości gąbczastej głowy i szyjki kości udowej oraz przynasady i kanału szpikowego. Współczesne trendy w bioinżynierskim projektowaniu małoinwazyjnych endoprotez stawów przedstawiono 1) na tle przeglądu historycznych rozwiązań tradycyjnych długotrzpieniowych endoprotez stawu biodrowego i krytycznej charakterystyki obecnie stosowanych endoprotez powierzchniowych stawu biodrowego oraz 2) na podstawie współczesnego dwufazowego porosprężystego modelu biomechanicznego kości. W szczególności zaprezentowano biomechaniczne założenia i prototypy nowego rodzaju małoinwazyjnej, mocowanej całkowicie bezcementowo, endoprotezy powierzchniowej z oryginalnym systemem mocującym zaprototypowanym metodą Stereolitografii (SLA), zob. RYS. 1, oraz wytworzonym metodą selektywnego stapiania proszków wiązką lasera (SLM). Prototypy endoprotezy zostały zaprojektowane i wytworzone w ramach zakończonego w lutym 2008 roku naszego projektu badawczego nr 4 T07C 056 29: pt.: „Badanie i projektowanie cech konstrukcyjnych połączeń porowatych implantów ortopedycznych z kośćmi”. Całkowita endoproteza powierzchniowa THRA (total hip resurfacing arthroplasty) ze szpilkowo-palisadowym systemem mocowania powierzchni stawowych oparta jest na koncepcji P. Rogali (patent europejski nr 072418B1: “Endoprothesis”, patent USA nr 5,91,759: “Acetabulum endoprothesis and head”, patent kanadyjski nr 2,200,064, 2002). Rozwiązanie to proponuje radykalną zmianę techniki mocowania elementów endoprotezy w kości. Umożliwia bezcementowe (bez użycia kleju kostnego) zamocowanie endoprotezy stawu metodą press-fit przez sukcesywne wprowadzanie wielobocznych igieł w kość gąbczastą (np. głowy kości udowej) na określoną głębokość pozwalając, aby pozostała przestrzeń pomiędzy tymi igłami wypełniana została przez narastającą kość. Ponadto rozwiązanie to zakłada łatwiejszą operację rewizyjną endoprotezy oraz znaczne zwiększenie współpracy adhezyjnej pomiędzy implantem a kością, co ma szczególne znaczenie w przypadku osteoporozy, a także zachowanie fizjologicznej możliwości przenoszenia obciążenia w stawie przez głowę kości udowej do kości gąbczastej i następnie do kości korowej bliższej nasady, co pozwoli na redukcję zjawiska stress shielding i promocję adaptacyjnego wrastania tkanki kostnej w przestrzeń międzyszpilkową endoprotezy.

EN

Currently the bioengineering and clinical research on joint endoprostheses is proceeding in two directions: 1) to improve the structural and osteoinductive properties of implant surfaces and porous coatings of cementless endoporostheses elements, and 2) there have occurred the renaissance of so-called “capoplasty of joints” (resurfacing arthroplasty RA) – the procedure of replacement of joint articular surfaces e.g. in hip joint replacement of acetabulae and femoral head articular surfaces, preserving the femoral neck, the epiphyseal cancellous bone and femoral marrow canal. The modern trends in the bioengineering design of low-invasive joint endoprotheses are presented 1) on the historical review background of various models of traditional long-stem hip endoprotheses including critical review of contruction of contemporary used resurfacing hip endoprostheses, and 2) on the basis of modern two-phase poroelastic biomechanical model of bone. In particular the biomechanical principles and prototypes of new kind of low-invasive, totally cementless hip resurfacing endoprosthesis with original (grounding) fixation system manufactured by SLA (Stereolitography), see FIG. 1, and by SLM (Selective Laser Melting) technology are presented. The prototypes of the endoprosthesis were designed and manufactured within the framework of the finished in February 2008 our research project no 4 T07C 056 29: “Experimental investigation and design of the constructional properties of bone-porous implant fixation”. This total hip resurfacing endooprosthesis with original needle-palisade fixation system, based on the concept by P. Rogala (European patent no 072418 B1: “Endoprothesis”, US patent no 5,91,759: “Acetabulum endoprothesis and head”, Canadian patent no 2,200,064, dated 2002) proposes radical change in fixation technique of the endoprosthesis components in bone. It presents 1) close-to-natural grounding way – without use of bone cement – safer operative procedure-press-fit technique by the successive introduction of multilateral needles into the spongy bone (the remaining free space between needles is filled up by ingrowing new formed bone tissue), 2) easier revision arthroplasty, 3) good adhesion system (important for example in case of osteoporosis), 4) cortical and cancellous load transmission system preventing the stress-shielding and promoting bone-tissue ingrowth.

13

Parametryczna ocena porowatych pokryć implantów dokostnych – przykładowe wyniki pomiarów reprezentatywnych trzpieni endoprotez stawu biodrowego

Uklejewski R., Winiecki M., Czapski T., Rogala P., Kochański J.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 77-80

101--103

14

Cena dokładności tytanowych odlewów endoprotez

Myszka D., Haratym R., Skalski K.

Advances in Materials Science

|

2008

|

Vol. 8, nr 1(15)

129-134

PL

W artykule przedstawione zostały zagadnienia związane z wpływem technologii wytwarzania odlewów precyzyjnych na dokładność wymiarową i jakość powierzchni endoprotez tytanowych. Przedstawiony został szczegółowo cykl otrzymywania odlewanych endoprotez obejmujący: obrazowanie kliniczne pacjenta poprzez tomografię komputerową, modelowanie geometryczne - wytwarzanie modeli fizycznych metodą stereolitografii oraz wykonanie modeli woskowych oraz form ceramicznych i odlewów tytanowych. Cykl ten przedstawiono na przykładzie endoprotezy kości żuchwy. Wykonane badania obejmują ocenę dokładności wymiarowej oraz analizę makro- i mikrogeometrii powierzchni odlewów.

15

Static finite element analysis of lower limb

Zach L., Konvickova S., Ruzicka P.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 63-64

6-7

EN

The paper deals with a simulation by means of finite method of a natural lower limb after a knee joint arthroplasty in a full extension. Our last static model serving as a starting point for our future dynamic analysis is presented now. Aside a total knee endoprosthesis Medin Modular provided by MedinOrthopedics, a.s., two long bones, femur and tibia were used. Compared with our former results, this model gives reduced stress and contact pressures values which were given by more realistic ankle and hip joint definition. Their distributions also correspond better the experimental findings.

16

Influence of the type of ceramic moulding materials on the top layer of titanium precision castings

Myszka D., Karwiński A., Leśniewski W., Wieliczko P.

Archives of Foundry Engineering

|

2007

|

Vol. 7, iss. 1

153-156

EN

The article presents the results of the research which was executed to describe the conditions specific of the formation of surface of certain micro-geometry and of the upper layers on precision titanium castings for medical industry. On the ready precision castings some tests were carried out to obtain the surface micro-geometry satisfying the requirements of implants to be used in human organism. The surfaces with specific spherical macro-unevenness were formed as well as plane surfaces of 2-6 [micro]m roughness. With the help of the light and electron microscopy, the possibility of formation of upper layers directly through an interaction of liquid titanium or Ti6Al4V alloy with the first layer of ceramic mould made from the ceramic mixtures based on Ekosil binder and molochite or zirconia has been confirmed.

17

Wpływ oczekiwanych efektów różnych modyfikacji powierzchni na własności mechaniczne, chemiczne i biologiczne endoprotez

Zieliński A., Świeczko-Żurek B., Sobieszczyk S.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

217-219

PL

Przedstawiono koncepcję nowej endoprotezy o szczególnie wysokiej odporności na zużycie i pękanie. Koncepcja zakłada wytwarzanie wieloetapową obróbką powierzchniową kompozytu metalowo-ceramicznego.

EN

The conception of new endoprostheses demonstrating especially high degradation and cracking resistance has been presented. The idea of multi-stage surface treatment of metallic-ceramic composite has been described.

18

Effect of electron-beam irradiation on structure of ultra high molecular weight polyethylene used in medical implants

Sudoł M, Czaja K., Cybo J., Duda P.

Polimery

|

2004

|

T. 49, nr 11-12

841-844

EN

Effect of electron beam irradiation with a dose equivalent to that used in practice during radiation sterilization of endoprostheses (26 kGy) or twice higher (2 ź 26 kGy) on the change of UHMW-PE structure. UHMW-PE (trade name Chirulen 1120) is used for preparation of cups of hip endoprostheses. Structural changes of the polymer have been investigated using FT-IR method. Mainly the results of polymer oxidation (increase in the part of carbonyl groups of ketone, ester and perester types as well as of hydroxyl and vinyl groups) have been found. It was also found, using GPC method, that irradiation caused also partial degradation of macromolecules (reduction of molecular weight one order of magnitude) and crosslinking processes were favored by macroradicals formed (gel fraction part about 40 %, increase in melting temperature as well as in crystallinity degree).

PL

Określono wpływ napromieniania strumieniem elektronów dawką równoważną stosowanej w praktyce podczas sterylizaqi radiacyjnej endoprotez chirurgicznych (26 kGy) oraz dwukrotnie większą (2 ź 26 kGy) na zmianę struktury PE-UHMW o nazwie handlowej "Chirulen 1120" (tabela 1) służącego do otrzymywania panewek endoprotez biodrowych. Metodą FT-IR zbadano zmiany strukturalne polimeru, stwierdzając głównie występowanie skutków jego utlenienia (wzrost udziału grup karbonylowych typu ketonowego, estrowego i nadestrowego, grup hydroksylowych oraz winylowych) (rys. 1). Metodą GPC stwierdzono, że napromienianie powoduje także częściową degradację makrocząsteczek (zmniejszenie ciężaru cząsteczkowego o jeden rząd wielkości), a wytworzone makrorodniki sprzyjają procesom sieciowania (wynoszący ok. 40 % udział frakcji żelowej, wzrost temperatury topnienia i stopnia krystaliczności) (tabela 2).

19

Procesy tribologiczne w węzłach ruchowych endoprotez

Gierzyńska-Dolna M.

Tribologia

|

2003

|

nr 4

165-174

PL

W pracy podano wzrost zapotrzebowania na endoprotezy stawu biodrowego i kolanowego w latach 1990-2000. Naświetlono procesy destrukcyjne występujące w węzłach trących endoprotez. Podano wyniki własnych badań dotyczące wpływu obróbki powierzchniowej na wzrost odporności na zużycie stopu tytanu Ti6A14V.

EN

In the paper the increase in demand for both knee and hip endoprostheses in 1990-2000 was given. Destructive processes occurring in frictional pairs of endoprostheses were presented. Test results concerning the influence of surface treatment on the increase in wear resistance of Ti6A14V titanium alloy were given.

20

Biotribologia i aplikacje medyczne

Gierzyńska-Dolna M.

Tribologia

|

2003

|

nr 4

157-164

PL

W pracy wskazano na kierunki działań prowadzonych w ramach Dekady Kości i Stawów (2000-2010). Omówiono rolę inżynierii materiałowej i biotribologii w rozwoju implantologii. Wskazano na osiągnięcia techniczne biotribologii oraz aplikacje medyczne nowych rozwiązań węzłów ruchowych endoprotez.

EN

In the paper the possible ways of develping actions concerning the Bones and Joint Decade (2000-2010) were given. A role of material engineering and biotribology in implantology was discussed. Both technical achievements of biotribology and medical application of new solutions used in moveable pairs of endoprostheses were pointed out.