Humán anyagok kenőképességének vizsgálata és hatása a gerincimplantátumok stabilitására

Átírás

1 Humán anyagok kenőképességének vizsgálata és hatása a gerincimplantátumok stabilitására Jónás Zoltán*, Tiba Zsolt**, Husi Géza**, Lőrincz László*, Manó Sándor*, Csernátony Zoltán* * Debreceni Egyetem OEC, Ortopédiai Klinika és Biomechanikai Laboratórium ** Debreceni Egyetem Műszaki Kar

2 Hipotézis: Az emberi szervezetbe beültetett, szerelt fém implantátumok stabilitását a műtét során az implantátum felszínére került anyagok jelentősen befolyásolják.

3 ASTM F-1798: Szabványok 5.2 This guide is used to quantify the static and fatigue properties of different implant interconnection designs. The mechanical tests are conducted in vitro using simplified, unidirectional loads and moments. Fatigue testing in a simulated body fluid or saline may have a fretting, corrosive, or lubrication effect on the interconnection and thereby affect the relative performance of tested devices. Hence, the test environment,whether a simulated body fluid, saline (9g NaCl per 1000 ml H2O), with a saline drip, or dry, is an important characteristic of the test and must be reported accurately.

4 Irodalom hiánya

5 Kutatómunkánk célja : A műtéti területben előforduló anyagok kenőképességének meghatározása (és ipari kenőanyagokhoz való viszonyítása). Stabilitási mérések végzése (az emberivel megegyező tulajdonságú ipari kenőanyaggal).

6 Vizsgált anyagok Leggyakrabban az implantátum felszínére kerülő anyagok: vér zsír szinoviális folyadék. Véletlenszerűen kiválasztott ipari kenőanyagok.

7 Kenőképesség A súrlódáscsökkentő képesség mértékét kifejező paraméter. Nem mérhető közvetlenül. Mérése az iparban: ( a kopás mérése). - HFRR módszer (High Frequency Reciprocating Rig; ISO ) - SLBOCLE módszer (Scuffling Load Ball on Cylinder Lubricity Evaluator). Befolyásoló tényezők(alak, hőmérséklet, viszkozitás, stb).

8 A kenőképesség mérésére egy olyan készüléket fejlesztettünk ki, amellyel lehetővé vált a különböző anyagok relatív kenőképességének meghatározása.

9 A készülék működési elve és felépítése A készülék két felszín közötti elmozdulás létrehozásához szükséges erő nagyságát méri. Rögzített, polírozott fém gömb - vele szemben mozgó kongruens fém félgömb. A félgömb egy csapágyazott tengelyhez kapcsolódó karon rögzített, és azzal elmozdítható a másik felszín körül. A két érintkező fém felszín közé helyezhető a vizsgálni kívánt anyag. Az elmozdításhoz szükséges erőt mérjük. Rugó: az egymáshoz nyomódás mértékének szabályozása..

10 A készülék sematikus ábrája.

11

12

13 A vizsgálat menete (és elméleti háttere) A kart mozgatjuk ez forgatónyomatékot generál (Me). Kezdetben ennek ellentart a súrlódási erő(ms). Növeljük az erőt : - amikor Me > Ms, akkor a szerkezet megmozdul. Kinetikus Fs < statikus Fs, ezért mozgás közben már kevesebb erőt fogunk mérni. A szerkezet összehasonlító vizsgálatokra alkalmas.

14 MÉRÉSEK Anyagok: ipari kenőanyagok, fiziológiás sóoldat, az ún. simulated body fluid és humán anyagok. A vizsgálatokat minden anyaggal három rugóerő (300, 500 és 700N) mellett végeztük el. Minden egyes rugóerő esetén 100 mérés történt.

15 Erőmérő. Számítógép. Easy Catman nevű számítógépes szoftver.

16 Eredmények Az eredményeket a program erő-idő diagramon ábrázolta.

17 A méréseket átlagoltuk. Viszonyítottuk a kenőanyag nélkül mért értékhez (relatív kenőképesség). Az eredményeket oszlopdiagramon ábrázoltuk.

18

19

20 Megbeszélés Igazoltuk és számszerűsítettük a humán anyagok erőteljes kenőképességét. Az ASTM szabványban is javasolt simulated body fluid az élettani körülmények utánzására és stabilitási vizsgálatok végzésére alkalmatlan. A műtéti területben lévő humán anyag átlagos kenőképessége: ( /2=177)

21 Megbeszélés Leginkább a WD-40 és a Castrol GTX-3 jelű motorolaj hasonlít a műtéti területben előforduló humán anyagokhoz. A stabilitási kísérleteket Castrol GTX-3 jelű motorolaj felhasználásával véegtzük el.

22 Stabilitási mérések

23

24 ASTM (2008) szabvány egyik vizsgálati protokollja

25

26

27 Erő-elmozdulás grafikonok: 2 és 4,5 Nm meghúzási nyomaték mellett

28 Átlagos erő (N) Átlagos erő (N) Szárazon Motorolajjal 400 Szárazon Motorolajjal ,63 594, ,63 292, Nm 0 4,5 Nm A csavar elcsúsztatásához szükséges átlagos erő az egyes meghúzási nyomatékok mellett

29

30 Köszönöm a figyelmet!