Способ диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения



Способ диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения
Способ диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения
Способ диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения

 


Владельцы патента RU 2435551:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)

Изобретение относится к области испытаний изделий медицинской техники, а именно к вопросу производственных испытаний эндопротеза тазобедренного сустава с металлической парой трения, состояние которой в процессе испытаний оценивается с применением электрических (электрорезистивных) методов диагностирования. Способ диагностики эндопротезов тазобедренных суставов с металл-металлической парой трения заключается в том, что эндопротез закрепляют в испытательном стенде, нагружают осевой силой, формируют смазочный слой между поверхностями компонентов эндопротезов и определяют физические характеристики поверхностного слоя компонентов в зоне трения. Осевую силу прикладывают перпендикулярно к поверхности основания эндопротеза, пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению стабильный электрический ток, регистрируют вызываемое током и пропорциональное электрическому сопротивлению падение электрического напряжения в зоне трения в виде временной функции, по параметрам флуктуации которой оценивают фактический режим трения в эндопротезе. По отношению времени целостности смазочного слоя, определяемого по временной функции сопротивления к общему времени измерения, оценивают фактическое техническое состояние элементов трибосопряжения деталей эндопротеза в процессе его испытаний. Изобретение обеспечивает сокращение времени испытаний, оценку реального времени контактного взаимодействия поверхностей трения, повышение мощности выделяемого полезного сигнала, его помехоустойчивости и в формировании объективной исходной диагностической информации из зоны трения для последующего прогнозирования долговечности эндопротеза тазобедренного сустава с металлической парой трения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области испытаний изделий медицинской техники, а именно к вопросу производственных испытаний эндопротеза тазобедренного сустава с металлической парой трения, состояние которой в процессе испытаний оценивается с применением электрических (электрорезистивных) методов диагностирования.

Известен способ контроля триботехнических характеристик конструкционных свойств металлических эндопротезов путем измерения электродвижущей силы (ЭДС) в зоне трения эндопротеза (Patent USA №5723014, Int. CI A61F 2/30. Orthopaedic implant having a metallic bearing surface [Text] / Michel P. Laurent, Jerry Parcell, Kent McDonald / Date of patent 03.03.98. - P.6). Эндопротез тазобедренного сустава с металлической парой трения помещают в диэлектрическую жидкость, например синовиальную жидкость суставов животных, который разделяет контактирующие поверхности, закрепляют в испытательном стенде, нагружая при этом силой, которая прикладывается под углом 30° к поверхности основания ножки эндопротеза и определяют физические характеристики поверхностного слоя по отклонению значения гальваноЭДС, которая возникает непосредственно при микроконтактировании под действием гальваноэлектрических и трибоэффектов, а также из-за наличия контактной разности потенциалов, которая проявляется при относительном перемещении площадок микроконтактов трибосопряжения.

Недостатком данного способа является низкая помехозащищенность и воспроизводимость результатов, что в первую очередь связано с малым значением генерируемой в зоне трения эндопротеза гальваноЭДС, которая порой сопоставима со значением гальваноЭДС применяемых электродов. Помимо этого в паре металл-металл часто одновременно действуют несколько различных по природе ЭДС при доминировании одного из них в зависимости от технического состояния объекта, что влияет на объективность результата измерений. Также этот метод не применим при жидкостном режиме трибосопряжений эндопротезов.

Задача, на решение которой направлено изобретение состоит в повышения качества диагностирования за счет получения дополнительной информации из зоны трения трибосопряжения эндопротеза (фактическая зона трения) с учетом реальных условий формирования разделяющего диэлектрического слоя.

Это достигается тем, что в способе диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения, заключающемся в том, что эндопротез закрепляют в испытательном стенде, нагружают осевой силой, формируют смазочный слой между поверхностями компонентов эндопротезов и определяют физические характеристики поверхностного слоя компонентов эндопротеза тазобедренного сустава, в отличие от прототипа осевую силу прикладывают перпендикулярно к поверхности основания эндопротеза, пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению стабильный электрический ток, регистрируют вызываемое током и пропорциональное электрическому сопротивлению падение электрического напряжения в зоне трения в виде временной функции, по параметрам флуктуации которой оценивают фактический режим трения в эндопротезе и по отношению времени целостности смазочного слоя, определяемого по временной функции сопротивления к общему времени измерения, оценивают фактическое техническое состояние элементов трибосопряжения деталей эндопротеза в процессе его испытаний.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлены схемы контактирования поверхностей эндопротеза а) при жидкостном режиме трения, б) при полужидкостном режиме трения и в) при граничном режиме трения. На фиг.2 поясняется сущность диагностического параметра. На фиг.3 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Способ осуществляют следующим образом. Эндопротез тазобедренного сустава, состоящий из металлической суставной чаши 6 и ножки с бедренной головкой 7 устанавливают в испытательный стенд, который представляет собой контейнер 3, выполненный из непроводящего материала и заполненный диэлектрической жидкостью 8, разделяющей контактирующие поверхности эндопротеза тазобедренного сустава. Под действием нагрузки при испытаниях смазочная жидкость выдавливается из зоны трения, изменяется ее толщина и происходит смена режимов трения от жидкостного к полужидкостному и сухому. При жидкостном режиме трения флуктуации временной функции электрического сопротивления R(t) незначительны. При переходе к полужидкостному режиму трения возникают микроконтакты деталей в зоне трения. Это приводит к резкому снижению сопротивления и дополнительным флуктуациям функции R(t). Если состояние контактирующих поверхностей в зоне трения эндопротеза худшего качества, то соприкосновение поверхностей происходит чаще и микроконтакты более длительны. Такие процессы происходят в режиме сухого трения, когда смазочный материал практически вытесняется из зоны трения и функция электрического сопротивления приобретает значительные флуктуации. К флуктуациям функции R(t) также могут привести местные (локальные) неоднородности поверхности трения (задиры, зацепы, результаты адгезионных взаимодействий контактирующих поверхностей, загрязнение смазочного материала (синовиальной жидкости) и изменение реологических свойств смазочного материала.

Суставную чашу эндопротеза 6 закрепляют в держателе 5, расположенном на подвижной платформе 4, выполненной в виде диска, которая позволяет имитировать кинематику вращательных движений сустава с помощью электропривода вращения 1.

Для скорейшего выявления потенциально ненадежных эндопротезов и сокращения времени испытаний нагружение осуществляют максимально возможной регулируемой осевой силой (значение которой изменяется в зависимости от типоразмера эндопротеза), прикладываемой перпендикулярно поверхности основания. Для создания такой нагрузки используется устройство нагружения 9, позволяющее в ручном режиме устанавливать значение, действующей осевой силы.

Сопротивление в зоне трения эндопротеза по данным теоретических исследований имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, поэтому для получения однозначных результатов при его измерении необходимо обеспечить постоянство тока, подводимого к объекту с помощью стабилизированным источником тока 10, который, проходя через зону трения, вызывает падение электрического напряжения на диэлектрическом слое смазочного материала в зависимости от его толщины и целостности.

Временная функция напряжения пропорциональна электрическому сопротивлению зоны трения и отражает реальный процесс микроконтактирования в зоне трения эндопротеза. Параметры флуктуации измеряемой функции сопротивления R(t) будут характеризовать реальные макро- и микрогеометрические свойства контактирующих поверхностей и режим трения в целом. В качестве диагностического параметра предлагается использовать относительное время целостного слоя γТК, определяемое как отношение суммарного времени разрушения смазочного слоя , к общему времени измерения.

В процессе испытаний задается пороговое сопротивление Rпор, выше которого сигнал сопротивления характеризует наличие смазочного слоя (металлический контакт в зоне трения). Временная функция сопротивления анализируется относительно этого порогового значения в соответствии с выражением 1.

Для регистрации сигнала в зоне трения используем токосъемник 9, который установлен на ножке эндопротеза. Полученный сигнал поступает на вход усилителя 12. Далее сигнал передается на устройство фильтрации и нормирования 13, для масштабирования и устранения помех. Затем унифицированный сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 14 и после преобразования в цифровой код на устройство обработки и индикации информации 15. Устройство рассчитывает диагностический параметр по выражению 1. Для получения объективного результата дополнительно применяют цифровой датчик контроля частоты вращения электропривода 2, сигнал с которого передается на АЦП и постоянно контролируется в автоматическом режиме по данным на устройстве индикации 15.

По полученному значению γТК делается вывод о режиме трения в эндопротезе, о состоянии макро- и микрогеометрии контактирующих деталей, о вероятности дальнейшего использования эндопротеза или его забраковке. Контрольные значения γТК для эндопротезов определяются на основании статистической обработки результатов ресурсных испытаний для эндопротезов различных типоразмеров.

Таким образом, технический результат, получаемый при реализации описываемого изобретения, состоит в сокращении времени испытаний, оценке реального времени контактного взаимодействия поверхностей трения, в повышении мощности выделяемого полезного сигнала, его помехоустойчивости и в формировании объективной исходной диагностической информации из зоны трения для последующего прогнозирования долговечности эндопротеза тазобедренного сустава с металлической парой трения.

Способ диагностики эндопротезов тазобедренных суставов с металл-металлической парой трения, заключающийся в том, что эндопротез закрепляют в испытательном стенде, нагружают осевой силой, формируют смазочный слой между поверхностями компонентов эндопротезов и определяют физические характеристики поверхностного слоя компонентов в зоне трения, отличающийся тем, что осевую силу прикладывают перпендикулярно поверхности основания эндопротеза, пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению стабильный электрический ток, регистрируют вызываемое током и пропорциональное электрическому сопротивлению падение электрического напряжения в зоне трения в виде временной функции, по параметрам флуктуации которой оценивают фактический режим трения в эндопротезе и по отношению времени целостности смазочного слоя, определяемого по временной функции сопротивления к общему времени измерения, оценивают фактическое техническое состояние элементов трибосопряжения деталей эндопротеза в процессе его испытаний.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть применимо для усиления остеоинтеграции компонентов эндопротеза тазобедренного сустава. .

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для замещения патологически измененного тазобедренного сустава, деформированного в результате заболевания или травмы.

Изобретение относится к медицине, конкретно к травматологии-ортопедии, и используется для замены патологически измененного тазобедренного сустава. .

Изобретение относится к области медицины, конкретно - к травматологии-ортопедии. .

Изобретение относится к области медицины. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в травматологии и ортопедии. .

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии

Группа изобретений относится к медицине. Протез для устранения деформации края вертлужной впадины содержит протез и крепежный элемент. Протез имеет в переднезадней проекции по существу L-образный профиль и содержит первую полку и вторую полку. Первая полка выполнена с возможностью введения в вертлужную впадину. Вторая полка, по существу перпендикулярная первой полке, выполнена с возможностью размещения на крае вертлужной впадины. Крепежный элемент выполнен с возможностью прохождения сквозь вторую полку и крепления протеза к хондральной кости. Способ лечения бедренно-вертлужного соударения в вертлужной впадине содержит следующие этапы: обнажают тазобедренный сустав путем хирургического вмешательства передним доступом; растягивают тазобедренный сустав путем отделения бедренной кости от вертлужной впадины; удаляют участок края вертлужной впадины путем удаления первого участка, расположенного внутри вертлужной впадины, и второго участка, расположенного по существу перпендикулярно первому участку на крае вертлужной впадины; устанавливают протез на место удаленных первого и второго участка края вертлужной впадины; устраняют растяжение тазобедренного сустава; фиксируют протез на хондральной кости в вертлужной впадине с помощью крепежного элемента. Изобретения обеспечивают возможность раннего хирургического вмешательства и представляют собой альтернативу традиционному поверхностному эндопротезированию тазобедренного сустава и ТАТС (ТНА) при лечении БВС (FAI) у указанной значительной группы пациентов в тех случаях, когда традиционные методы артроскопии не применимы, не рекомендованы или не эффективны. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 18 ил.
Изобретение относится к медицине, конкретно к ортопедии и гнойной хирургии. Описан способ изготовления спейсера из костного цемента с антибиотиком, заключающийся в том, что на поверхность спейсера наносят крупные гранулы поваренной соли, полностью погружая их в слой застывающего костного цемента, а после полного застывания костного цемента спейсер погружают в воду. Технический результат заключается в повышении эффективности отдачи содержащегося антибиотика путем увеличения площади поверхности цементного спейсера.

Изобретение относится к медицине. Медицинское устройство для уменьшения риска повреждения по меньшей мере одного из следующего: бедренная кость, тазовая кость, компоненты протезного тазобедренного сустава и крепление, расположенное между протезным тазобедренным суставом и бедренной костью и/или тазовой костью, содержит первую часть, вторую часть и высвобождающий элемент, выполненный в первом положении с возможностью удерживания первой части в соединении со второй частью и выполненный во втором положении с возможностью высвобождения первой части из второй части. Высвобождающий элемент выполнен с возможностью изменения своего положения с первого положения на второе положение при приложении предварительно заданного напряжения к этому высвобождающему элементу. Указанное медицинское устройство дополнительно содержит элемент настройки для настройки предварительно заданного напряжения, необходимого для изменения положения высвобождающего элемента с первого положения на второе положение. Изобретение обеспечивает уменьшение осложнения после хирургической операции тазобедренного сустава путем предотвращения вывиха тазобедренного сустава и расшатывания протеза в месте его крепления в бедренной кости. 19 з.п. ф-лы, 36 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной ортопедии, и может быть использовано для тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Эндопротез тазобедренного сустава состоит из вертлужного компонента в виде полусферы со стопорным кольцом, полиэтиленового вкладыша с ободком, сферической головки, шейки и ножки эндопротеза. В плоской части вертлужного компонента с его внешней стороны имеются перпендикулярные ей несквозные равноудаленные друг от друга отверстия. В ободке полиэтиленового вкладыша с нижней его стороны имеется несквозное отверстие с резьбой в нижней его части, в которую ввинчено запорное кольцо, внутри этого отверстия вдоль его оси находится металлический цилиндрический фиксатор из ферромагнита для возможности взаимодействия с магнитом, поднесенным к поверхности тела, имеющий Т-образное сечение и сверху него пружина. В свободном состоянии пружины нижняя часть металлического цилиндрического фиксатора находится внутри одного из отверстий вертлужного компонента. Все элементы эндопротеза кроме упомянутого фиксатора выполнены из парамагнетиков. Изобретение обеспечивает увеличение срока службы эндопротеза. 7 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной ортопедии, и может быть использовано для тотального эндопротезирования тазобедренного сустава, а также лечения перипротезных переломов и нестабильности ножки эндопротеза тазобедренного сустава. Комплект для эндопротезирования тазобедренного сустава содержит вертлужный компонент, сферическую головку, шейку, ножку эндопротеза, интрамедуллярный штифт. На конце ножки эндопротеза имеется внешняя резьба для соединения с интрамедуллярным штифтом. Верхняя часть интрамедуллярного штифта выполнена в виде цилиндра с внутренней резьбой для соединения с ножкой эндопротеза. Нижняя часть штифта выполнена в виде трубки, имеющей отверстия для динамических и статических винтов, расположенные перпендикулярно ее оси, и внутреннею резьбу в ее верхней части. Верхняя и нижняя части интрамедуллярного штифта соединены посредством блокирующего механизма, включающего шарнир и шпильку, находящуюся в канале трубки и завернутую в резьбе нижней части штифта. Шаровая головка шарнира имеет цилиндрический выступ и присоединена к верхней части штифта, а корпус шарнира имеет соответствующий паз для цилиндрического выступа и присоединен к нижней части штифта. Изобретение обеспечивает снижениие травматичности при оперативном лечении перипротезных переломов и нестабильности бедренного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, сокращение времени операции и предоперационного периода, снижение стоимости комплекта для эндопротезирования тазобедренного сустава за счет унификации компонентов эндопротеза. 3 ил.

Изобретение относится к медицине. Медицинское устройство для имплантации в тазобедренный сустав содержит по меньшей мере одну искусственную поверхность тазобедренного сустава. Тазобедренный сустав содержит вертлужную впадину, которая является частью тазовой кости, и головку бедренной кости, которая является частью бедренной кости. Медицинское устройство выполнено с возможностью его вставки через отверстие в тазовой кости со стороны, противоположной по отношению к вертлужной впадине, с брюшной стороны тазовой кости. Медицинское устройство выполнено с возможностью его вставки в отверстие по меньшей мере одной из: области брюшной полости, области между брюшиной и тазовой костью, области между тазовой костью и окружающей тканью, тазовой области и паховой области. Медицинское устройство содержит протезную часть, которая служит по меньшей мере в качестве искусственной поверхности вертлужной впадины, и поддерживающий элемент. Протезная часть и/или костная пломба выполнены с возможностью размещения в отверстии в тазовой кости. Поддерживающий элемент соединен с протезной частью и/или костной пломбой и выполнен с возможностью соединения с тазовой костью и с возможностью передачи нагрузки от протезной части или костной пломбы к тазовой кости, когда он имплантирован. Тазовая кость имеет внутреннюю надкостницу и наружную надкостницу с более твердой склеральной костью по сравнению со спонгиозной костью, размещенной между внутренней и наружной надкостницами, а поддерживающие элементы медицинского устройства выполнены с возможностью нахождения в контакте по меньшей мере с одним из: наружной стороны внутренней надкостницы, наружной стороны наружной надкостницы, внутренней надкостницы на ее внутренней части и наружной надкостницы на ее внутренней части. Изобретение обеспечивает снижение риска инфекции. 19 з.п. ф-лы, 129 ил.
Наверх