先进的测试协议模拟故障,并验证脚植入物中的抗氧化聚乙烯
Ryan Siskey1,2, Patrick Hall1, Ruth Heckler3
1Exponent Inc., Philadelphia, Pennsylvania, USA.
概括
氧化导致全脚置换 (TAR) 中聚乙烯疲劳失败,特别是在 varus-valgus 旋转时. 抗氧化剂稳定显著提高UHMWPE的耐用性,提高TAR性能和植入物的寿命.
科学领域:
- 生物材料工程 生物材料工程
- 整形外科手术 整形外科手术
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 完全关节置换 (TAR) 是对末期关节骨关节炎的治疗方法.
- 聚乙烯 (PE) 疲劳是影响TAR生存的一个关键因素.
- 携带移动轴承的TAR设计容易发生特定的故障模式.
研究的目的:
- 建立一个临床相关的测试协议,模拟移动轴承TAR中的PE疲劳.
- 评估氧化和抗氧化剂稳定对UHMWPE性能的影响.
- 为了评估传统与维生素E稳定型UHMWPE的耐疲劳性.
主要方法:
- 开发了一个六度自由度模拟器来复制临床PE疲劳失败.
- 在体温下应用了旋旋转和循环负荷 (1500-3000N).
- 经过测试的常规和维生素E稳定型UHMWPE插件到骨折或300万次循环.
- 使用福里埃变换红外光谱法 (ASTM F2102) 测量氧化水平.
主要成果:
- 传统的UHMWPE由于在瓦鲁斯-瓦尔古斯旋转下疲劳而失败 (OI = 2.59 ± 1.11).
- 在没有瓦鲁斯-瓦尔古斯旋转的情况下,在传统的UHMWPE中没有发生疲劳故障.
- 维生素E稳定的UHMWPE在300万次循环后没有表现出疲劳失败,即使在旋转 (OI = 0.23 ± 0.02).
- 断层学表明,裂在低谷开始,并在循环负荷下传播.
结论:
- 氧化显著减少UHMWPE疲劳寿命在移动轴承TAR.
- 瓦鲁斯-瓦尔古斯旋转加剧了TAR植入物中PE疲劳失败.
- 抗氧化剂稳定 (维生素E) 显示出对疲劳和氧化的优越抵抗力.
- 开发的协议可以评估替代生物材料的安全性和性能.
