隨著人(ren)工(gong)(gong)關節(jie)在醫療領(ling)域的(de)(de)(de)廣泛應用(yong)，其耐用(yong)性和可靠性成為(wei)患者(zhe)和醫療從業者(zhe)關注的(de)(de)(de)重(zhong)點。特別是由聚乙烯材料制成的(de)(de)(de)人(ren)工(gong)(gong)關節(jie)，在日常(chang)(chang)使用(yong)中需要承(cheng)受(shou)重(zhong)復(fu)負(fu)載(zai)，以確保(bao)其經久(jiu)耐用(yong)。在這些測試中，疲勞試驗是一(yi)種常(chang)(chang)用(yong)的(de)(de)(de)方法，它通過施加(jia)正弦波(bo)波(bo)形的(de)(de)(de)試驗力和位(wei)移，來評(ping)(ping)估材料在長期(qi)負(fu)載(zai)下(xia)的(de)(de)(de)性能。然而，踝關節(jie)在行(xing)(xing)走過程(cheng)中會承(cheng)受(shou)復(fu)雜的(de)(de)(de)壓縮(suo)負(fu)載(zai)，因此，模擬行(xing)(xing)走時(shi)的(de)(de)(de)實際(ji)試驗力，對于進行(xing)(xing)符合實際(ji)用(yong)途的(de)(de)(de)疲勞強度評(ping)(ping)價尤為(wei)重(zhong)要。

 

本文科準測控(kong)小(xiao)編將介紹如何將行(xing)人行(xing)走時(shi)踝(huai)關(guan)(guan)節(jie)上的(de)(de)實(shi)際負載施加到(dao)試(shi)樣上進行(xing)測試(shi)。我們(men)通(tong)過(guo)測定行(xing)走時(shi)的(de)(de)應變(bian)數據(ju)，生(sheng)成相應的(de)(de)試(shi)驗力波(bo)形。然后，將生(sheng)成的(de)(de)試(shi)驗力波(bo)形導(dao)入(ru)疲(pi)勞(lao)試(shi)驗機(ji)中，并施加到(dao)由聚乙烯材(cai)料制成的(de)(de)人工踝(huai)關(guan)(guan)節(jie)上。通(tong)過(guo)這(zhe)種方(fang)式，我們(men)能夠更準(zhun)確地評估人工踝(huai)關(guan)(guan)節(jie)在實(shi)際使用(yong)(yong)中的(de)(de)疲(pi)勞(lao)強度，確保其在長時(shi)間使用(yong)(yong)中的(de)(de)可(ke)靠性(xing)和(he)安(an)全性(xing)。

 

一、測試原理

通過將行走時的(de)實(shi)際(ji)應變數(shu)據生(sheng)成的(de)試驗(yan)力波形施(shi)加到人工踝關節上，以評估其在重復(fu)負載下的(de)耐(nai)用(yong)性和可靠性。

二、測試相(xiang)關(guan)標準

ISO 14242-1:2014 - 這(zhe)是關于髖(kuan)(kuan)關節假體(ti)的(de)標準(zhun)，涉(she)及加(jia)載和運動(dong)條件的(de)模(mo)擬，包括髖(kuan)(kuan)關節假體(ti)的(de)耐(nai)磨性(xing)測試(shi)。

ISO 7206-4:2010 - 該標準規(gui)定了髖關節假體的疲勞性(xing)能測(ce)試方法，特別(bie)是測(ce)試股骨(gu)頸(jing)的疲勞強度(du)。

ASTM F1717-18 - 涉及(ji)脊柱植入物的疲勞(lao)測試方法，盡(jin)管主(zhu)要針對脊柱，但其(qi)疲勞(lao)測試方法可以參(can)考用(yong)于其(qi)他(ta)類型的關節假體。

ISO 12107:2012 - 針(zhen)對金屬材料(liao)(liao)疲勞測試(shi)的方法學標準，提供(gong)了疲勞測試(shi)的指導(dao)，適用于多種材料(liao)(liao)，包括聚(ju)乙(yi)烯(xi)。

ASTM F2063-18 - 涉及形狀記憶合金（如鎳鈦合金）的標準，但其(qi)測試原(yuan)理和方法對其(qi)他材料也(ye)具有參考(kao)價(jia)值。

三(san)、測試(shi)儀(yi)器

1、動(dong)態(tai)疲勞(lao)試(shi)驗機 

（示意(yi)圖：疲勞試(shi)驗機可根(gen)據不同產品進行定制(zhi)）

2、壓盤，Φ60mm

 

3、遙(yao)控系統（包含應變(bian)片）

遙測系統(tong)是一種將(jiang)傳感器(qi)輸(shu)出(chu)(chu)信號傳輸(shu)的輕便發(fa)(fa)射器(qi)設備，該發(fa)(fa)射器(qi)能夠無線發(fa)(fa)送(song)信號到附近的接收器(qi)，并輸(shu)出(chu)(chu)到接收器(qi)中。 

4、試驗條件

最大試驗力(li)：1000N

最(zui)小(xiao)試(shi)驗力：0 N

重復次數：第5周期

稱重(zhong)傳感器：20 kN

執行器(qi)行程：±25 mm

 

四、測(ce)試流程

步驟一、應變數(shu)據采集

首先，在(zai)(zai)樹脂(zhi)片上(shang)貼上(shang)應變儀，并將其貼在(zai)(zai)鞋底。

應變(bian)儀(yi)連接到一(yi)個簡單的(de)原(yuan)型傳(chuan)感器(qi)，該(gai)傳(chuan)感器(qi)通過遙測系(xi)統的(de)發射器(qi)傳(chuan)輸應變(bian)波形。

步驟(zou)二(er)、數據(ju)傳(chuan)輸和保存

接收機連接到可以數字保(bao)存數據的設備，以獲取行走時的數字應變(bian)波(bo)形(xing)。

這種方法(fa)有效(xiao)地避免了隨身攜(xie)帶數據存(cun)儲設備（如個人(ren)電腦或連接線(xian)）的麻煩。

步驟三(san)、應變(bian)波形獲(huo)取

獲取的(de)應(ying)變波形(xing)包括在(zai)平坦地面上(shang)行(xing)走和上(shang)下(xia)樓梯各30秒的數據。

將獲得的數(shu)據(ju)最大點換算成1000N的試驗力，相當于體重(zhong)100kg的(de)人行走時(shi)的(de)負(fu)載波形(xing)。

步驟四(si)、疲勞測試

將(jiang)生成的試驗(yan)力波形導(dao)入動態疲(pi)勞(lao)試驗(yan)機。

動態(tai)疲勞(lao)試驗機根據導入的波形，對由聚乙烯材料(liao)制成(cheng)的人工踝關節施加試驗力。

測試(shi)過程中，壓盤（Φ60mm）施加指定(ding)的(de)試驗(yan)力，執行器在(zai)±25mm行程范圍內進行往復運動，模擬(ni)實際行走時的負(fu)載。

 

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