Способ диагностирования эндопротезов суставов с металлической парой трения



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

 


Владельцы патента RU 2556789:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс" (ФГБОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") (RU)

Изобретение относится к области испытаний изделий медицинской техники, а именно к вопросу производственных испытаний эндопротезов суставов с металлической парой трения, состояние которой в процессе испытаний оценивается с применением электрических (электрорезистивных) методов диагностирования. Способ диагностирования эндопротезов суставов с 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. При этом пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению переменный электрический ток, регистрируют временную функцию комплексного сопротивления трибосопряжения эндопротеза, по параметрам активной и реактивной составляющих которой судят о фактической толщине смазочного слоя и о доминирующем в трибосопряжении виде смазки и режиме трения. По отношению временных отрезков, в которых активная часть комплексного сопротивления больше реактивной части, к общему времени измерения оценивают фактическое техническое состояние трибосопряжения эндопротеза сустава. Изобретение обеспечивает сокращение времени испытаний, оценку реального времени контактного взаимодействия поверхностей трения, повышение мощности выделяемого полезного сигнала, его помехоустойчивость в формировании объективной исходной диагностической информации из зоны трения для последующего прогнозирования долговечности эндопротеза сустава с металлической парой трения. 5 ил.

 

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

Из существующего уровня техники известен способ диагностирования эндопротезов тазобедренных суставов с металлической парой трения. Способ диагностики эндопротезов тазобедренных суставов с 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 (см. патент РФ №2435551, МПК A61F 2/32, опубл. 2011).

Недостатком данного способа является то, что измерения на постоянном токе не обеспечивают необходимую чувствительность и быстродействие измерений, так как процессы, происходящие на микроуровне в зоне трения, имеют очень малую длительность. Таким образом, достоверность диагностирования вышеприведенного способа ограничена.

Задача, на решение которой направлено изобретение состоит в повышении качества диагностирования за счет получения большего количества и качества информации из зоны трения трибосопряжения эндопротеза сустава.

Это достигается тем, что в способе диагностирования эндопротезов суставов с металлической парой трения, заключающемся в том, что эндопротез тазобедренного или плечевого сустава закрепляют в испытательном стенде, нагружают осевой силой, формируют смазочный слой между поверхностями компонентов эндопротеза и определяют физические характеристики поверхностного слоя компонентов эндопротеза сустава, в отличие от прототипа пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению переменный электрический ток, регистрируют вызываемое током и пропорциональное полному электрическому сопротивлению падение электрического напряжения в зоне трения в виде временной функции, по параметрам флуктуации которой оценивают фактическое техническое состояние трибосопряжения эндопротеза сустава.

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 сустава с металлической парой трения.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема контактирования поверхностей эндопротеза при жидкостном режиме трения. На фиг.2 представлена схема контактирования поверхностей эндопротеза при смешанном режиме трения. На фиг.3 представлена схема контактирования поверхностей эндопротеза при граничном режиме трения. На фиг.4 поясняется сущность диагностического параметра. На фиг.5 изображена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Способ осуществляют следующим образом. Эндопротез сустава, состоящий из металлической суставной чаши 3 и ножки 1 с бедренной головкой 2, устанавливают в испытательный стенд, который представляет собой контейнер 6, выполненный из непроводящего материала и заполненный диэлектрической жидкостью 4, разделяющей контактирующие поверхности эндопротеза сустава. Под действием нагрузки при испытаниях смазочная жидкость выдавливается из зоны трения, изменяется ее толщина и происходит смена режимов трения от жидкостного к смешанному и граничному. Сопротивление контактной зоны определяется по выражению (1)

где Z(t) - полное комплексное сопротивление, Ом;

R(t) - активное сопротивление, Ом;

X(t) - реактивное сопротивление, Ом.

Полное комплексное сопротивление при жидкостной (2) и полужидкостной смазке (3) описывается следующими выражениями

где Rсм - сопротивление смазочного слоя, Ом;

Ссм - емкость смазывающего слоя, Φ;

ω - циклическая частота приложенного напряжения, Гц;

R1 - сопротивление контакта металл-металл, Ом;

R2 - сопротивление смазочного слоя при граничном трении.

При этом

где S - площадь поверхности, м2;

d - расстояние между поверхностями, м;

ρ - удельная электропроводность, Ом·м;

ε0 - электрическая постоянная, Φ/м;

εr - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ед.

Анализируя числитель реактивной части выражения (2) получим, что

Подставляя известные значения (ε0=8,85·10-12 Φ/м; для силиконового масла εr=2,2 ед.; ρ=1013 Ом·м) и сравнивая активную и реактивную части полного сопротивления, получим

Выражение (7) верно для частот, где ω > 1 1 9 4 , 7 Гц. Таким образом, на исследовательских частотах 103-105 Гц значение реактивного сопротивления будет намного больше значения активного сопротивления.

При жидкостном режиме трения флуктуации временной функции электрического сопротивления Z(t) незначительны. При переходе к полужидкостному режиму трения возникают микроконтакты деталей в зоне трения. Это приводит к резкому снижению реактивной составляющей комплексного сопротивления X(t) и дополнительным флуктуациям функции Z(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 граничного трения, когда смазочный материал практически вытесняется из зоны трения и функция комплексного электрического сопротивления определяется в основном активным сопротивлением R(t). К флуктуациям функции Z(t) также будут приводить 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 3 закрепляют в держателе 5, который вращается с помощью электропривода 7, имитируя вращательные движения сустава.

Нагружение осуществляют регулируемой осевой силой (значение которой изменяется в зависимости от типа и размера эндопротеза), прикладываемой перпендикулярно поверхности основания. Для создания такой нагрузки используется устройство нагружения 13, позволяющее в ручном режиме устанавливать значение действующей осевой силы, токосъемник 12 подключен к ножке эндопротеза 1, снимаемый сигнал передается на делитель 10.

Временная функция напряжения на делителе 10 пропорциональна электрическому сопротивлению зоны трения и отражает реальный процесс микроконтактирования в зоне трения эндопротеза. Напряжение на делитель подается с генератора 11, а с делителя поступает на цифровой осциллограф 8, который в свою очередь связан с ЭВМ 9. Параметры флуктуации измеряемой функции сопротивления Z(t) будут характеризовать реальные макро- и микрогеометрические свойства контактирующих поверхностей и режим трения в целом. В качестве диагностического параметра предлагается использовать нормированное интегральное время электрического контактирования, K, ед.

где Tи - время измерения, с;

nТ - число отрезков в трибосопряжении эндопротеза, соответствующих R(t)-X(t)≥0 за время Tи, ед;

tн(к)i - время начала (конца) i-го отрезка, соответствующего условию R(t)-X(t)≥0, с.

Изменяясь от 0 при жидкостной смазке до 1 при граничной смазке, параметр К является статистической оценкой вероятности микроконтактирования в трибосопряжении эндопротеза сустава. Таким образом, по параметрам активной и реактивной составляющих сопротивления судят о фактической толщине смазочного слоя и о доминирующем в трибосопряжении виде смазки и режиме трения, при этом по отношению временных отрезков, в которых активная часть комплексного сопротивления больше реактивной части, к общему времени измерения оценивают фактическое техническое состояние трибосопряжения эндопротеза сустава. По разности активной и реактивной составляющих сопротивления контакта определяется параметр нормированного интегрального времени электрического контактирования К.

По полученному значению К делается вывод о режиме трения в эндопротезе, о состоянии макро- и микрогеометрии контактирующих деталей, о вероятности дальнейшего использования эндопротеза или его забраковке. Контрольные значения К 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 сустава с металлической парой трения.

Способ диагностирования эндопротезов суставов с 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 пропускают через зону трения эндопротеза малый по значению переменный электрический ток, регистрируют временную функцию комплексного сопротивления трибосопряжения эндопротеза, по параметрам активной и реактивной составляющих которой судят о фактической толщине смазочного слоя и о доминирующем в трибосопряжении виде смазки и режиме трения, при этом по отношению временных отрезков, в которых активная часть комплексного сопротивления больше реактивной части, к общему времени измерения оценивают фактическое техническое состояние трибосопряжения эндопротеза сустава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экспериментальной фармакологии и экспериментальной хирургии и может быть использовано для стимуляции регенерации резецированной печени.

Изобретение относится к медицине, а именно к сосудистой хирургии, и может быть использовано при разработке способов лечения хронических облитерирующих заболеваний артерий нижних конечностей.

Изобретение относится к медицине, экспериментальной биологии и может быть использовано для моделирования экспериментальной амилоидной кардиопатии у животных. Способ заключается в однократном введении старым крысам-самцам смеси, состоящей из гомогенезированной ткани миокарда крыс - 25%, яичного альбумина - 25% и адъюванта Фрейнда - 50%.

Изобретение относится к рентгеноскопии, а именно к элементам медицинской рентгенодиагностики. Тест-фантом состоит из двух частей, образующих единое целое.

Изобретение относится к медицине, в частности к гастроэнтерологии, патофизиологии, и касается моделирования острого панкреатита. Для этого способ включает лигирование основного ствола выводного протока поджелудочной железы, введение в систему протоков поджелудочной железы агрессивного раствора для проявления панкреатита, удаление лигатуры.

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и касается моделирования коркового вида катаракты in vivo. Для этого у экспериментального животного проводят хирургическую двустороннюю десимпатизацию путем иссечения верхнего шейного симпатического ганглия.
Изобретение относится к медицине, а именно к фармакологии, и может быть использовано для моделирования состояния ингибирования функциональной активности гликопротеина-Р линестренолом в организме.
Изобретение относится к медицине, в частности к экспериментальной онкологии, и может быть использовано для изучения механизмов лимфатического канцерогенеза и разработки новых методов лечения лимфом.

Изобретение относится к медицине, в частности к фармакологии, и касается расширения арсенала средств для коррекции патологических изменений состояния жизнеспособного потомства при цитостатическом воздействии.
Изобретение относится к экспериментальной медицине, в частности разработке способов лечения лучевой болезни. Способ осуществляют путем проведения лабораторным мышам через час после облучения внутривенной аллогенной трансплантации мультипотентных мезенхиальных стромальных клеток (ММСК) и гемопоэтических стволовых клеток (ГСК).

Изобретение относится к медицине. Описан кейдж для замещения тотальных протяженных дефектов длинных трубчатых костей, представляющий собой полый цилиндр, изготовленный из углерод-углеродного композита, стенки которого перфорированы множественными сквозными отверстиями, обеспечивающими адгезию окружающих тканей и прорастание кровеносных сосудов внутрь цилиндра.

Группа изобретений относится к медицине. Описан биоматериал, имеющий многомерную структуру и содержащий дифференцированную MSCs ткань и деминерализованный костный матрикс, который диспергирован в дифференцированной MSCs ткани, способ его приготовления и применение.

Группа изобретений относится к медицине. Сращивающее устройство для сращения сустава человека или животного содержит по меньшей мере одну анкерную часть и по меньшей мере одну опорную часть и дополнительно содержит две стержнеобразные анкерные части и одну опорную часть.

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для формирования антимикробного покрытия при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе.

Изобретение относится к способу получения устойчивого к окислению материала СВМПЭ. Способ включает формование СВМПЭ с добавкой и обработку гамма-лучами или электронным пучком.

Изобретение относится к медицине. .

Изобретение относится к медицине. .
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для профилактики послеоперационных осложнений эндопротезирования сустава. Для этого после установки элементов эндопротеза в рану укладывают салфетку с коллагеном, пропитанную антибиотиком, и оборачивают суставные фрагменты костей. При этом край салфетки плотно вводят по всему периметру между каждым элементом имплантата и прилежащей костью. Способ обеспечивает снижение кровопотери и риска формирования гематомы, заполнение пустот внутри сустава вследствие набухания коллагена, увеличение времени нахождения и концентрации антибиотика в жидком содержимом послеоперационной раны и повышение эффективности его локального воздействия. 1 пр.
Наверх