Design and Development of Experimental Device for Testing the TEP Acetabula and Wear Identification using Optical Method

V dnešní době patří implantace kloubních náhrad sice k radikálnímu, ale velmi frekventovanému způsobu navrácení funkčnosti nemocnému kloubu. Na implantáty jsou kladeny vysoké nároky na jejich biokompatabilitu a také na dlouhodobou funkci, která přímo souvisí s otěrem kloubních náhrad v lidském organismu. Proto je analýza komplexního chování implantátu v lidském těle jedním ze základních problémů biomechaniky implantátů. Této problematice je věnována i tato disertační práce. Disertační práce se zabývá řešením návrhu a vývoje experimentálního zařízení pro testování kloubní jamky TEP kyčelního kloubu a identifikací otěru pomocí optické metody. Navrhované zařízení umožňuje zatěžovat kloubní jamku TEP fyziologickým způsobem, ale v předložené práci se kloubní jamka zatěžovala tak, že silová výslednice procházela osou kloubní jamky. Fyziologické zatěžování kloubní jamky a vyhodnocování velikosti úbytku polyethylenu se v současné době intenzivně řeší. Výsledky této studie mohou v brzké budoucnosti slout jako informace pro posuzování chování otěru kloubních náhrad kyčelních kloubů in vivo. Práce je věnována řešení problémů nutných k zjišťování velikosti úbytku polyethylenu u kloubních náhrad TEP: - Návrh a vývoj experimentálního zařízení pro testování kloubní jamky TEP kyčelního kloubu. - Identifikace otěru pomocí optické metody. Návrh a vývoj experimentálního zařízení byl proveden v systému Inventor Profesional 2010 na úrovní 3D modelování. Velká pozornost byla věnována konstrukci uchycení kloubní jamky TEP do zkušebního stroje a uchycení kloubní jamky do optického zařízení. Byly testovány varianty řízení experimentálního zařízení s kombinacemi pohonných jednotek. Byly provedeny návrhy a následně testy pro uchycení kloubní jamky do optického zařízení. Provedla se hloubková analýza možností identifikace otěru a přistoupilo se k inovačnímu řešení vyhodnocování úbytku polyethylenu u kloubní jamky TEP. Identifikace otěrů (úbytku polyethylenu) kloubních jamek TEP byly prováděny experimentálním měřením pomocí optické holografické interferometrie. Z komplexní analýzy výsledků experimentálního měření úbytku polyethylenu vyplývá, že je možné touto metodou identifikovat jednak velikost, ale také i oblast, kde dochází byť i k malým změnám povrchu, které jsou závislé na otěru. Dále se dá konstatovat, že při použití této metody měření jsme schopni postihnout vůle nebo posuvy, které mají vliv na velikost úbytku polyethylenu v kloubní jamce TEP. I přes množství známých a získaných poznatků, vyplývajících z výsledků řešení problémů návrhů a vývoje experimentálního zařízení pro testování kloubní jamky TEP kyčelního kloubu a identifikace otěru pomocí optické metody, je tato práce vstupní studii do problematiky identifikace otěru kloubních náhrad. Komplexní vyřešení této problematiky je nad rámec jedné doktorské práce.Today is the implantation of joint replacements, although a radical, but very functional restoration frequent way ill joint. The implants are placed high demands on their biocompatible and long-term function, which is directly related to wear of joint replacements in the human body. Therefore, analysis of the complex behavior of the implant in the human body is a fundamental problem of biomechanics of implants. This issue is dedicated, this dissertation thesis. Dissertation thesis deals with the solution design and development of experimental device for testing the TEP acetabula and wear identification using optical method. The proposed device allows the joint burden hole TEP physiological manner, but by working with the acetabulum burdened by Power resultant joint axis passes through the hole. The physiological loading of articular wells and evaluating the size of the loss of polyethylene is currently intensively addressed. The results of this study may in the near future, serving as information for assessing the conduct of wear prosthetic hip joint in vivo. The work is devoted to solving the problem of the size required to detect the loss of polyethylene for joint replacement arthroplasty: Design and development of experimental equipment for testing the acetabulum of the hip joint arthroplasty. Identify wear using optical methods. Design and development of experimental equipment was made in the system Inventor Professional 2010 at the level of 3D modeling. Great attention was paid to the design fit into the acetabulum TEP testing machines and gripping the acetabulum into an optical device. Management options were tested with combinations of experimental equipment engines. Suggestions were made and then tests for fixing the acetabulum into an optical device. Has the possibility of depth analysis and identification of wear joined with innovative solutions to evaluate the loss of polyethylene acetabulum arthroplasty. Identification of abrasion (loss of polyethylene) joint arthroplasty holes were carried out experimental measurements using an optical holographic interferometry. The comprehensive analysis of the results of experimental measurement of the loss of polyethylene shows that this method can identify both the size but also an area where there is even to small changes in the surface, which depend on the abrasion. One can also say that using this method we are able to affect the will or displacements that affect the size of the loss of polyethylene in joint arthroplasty hole. Despite the number of known and lessons learned arising from the results of solving the problem of design and development of experimental equipment for testing the acetabulum and hip arthroplasty wear identification using optical methods, this work is that the initial study to identify problematics wear of joint replacements. Complete resolution of this issue is beyond the scope of one doctoral thesis.