外科植入物運(yùn)動醫(yī)學(xué)植入物縫線拉伸試驗工裝和測試方法的研究

外科植入物運(yùn)動醫(yī)學(xué)植入物縫線拉伸試驗工裝和測試方法的研究摘要運(yùn)動醫(yī)學(xué)主要適用于關(guān)節(jié)、軟組織相關(guān)的損傷治療與康復(fù)，如膝關(guān)節(jié)：骨關(guān)節(jié)炎、半月板損傷、交叉韌帶損傷、游離體（滑膜軟骨瘤?。┑?；肩關(guān)節(jié)：凍結(jié)肩、肩袖損傷、肩峰撞擊征、肩關(guān)節(jié)復(fù)發(fā)性脫位、肩關(guān)節(jié)SLAP損傷；肘關(guān)節(jié)：骨關(guān)節(jié)炎、踝關(guān)節(jié)撞擊癥、踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)以及臀肌攣縮癥、髖股撞擊癥等i。運(yùn)動醫(yī)學(xué)應(yīng)用的外科植入物主要包括.帶線錨釘、界面螺釘、縫合線、帶袢鈦板和針線縫合系統(tǒng)等產(chǎn)品，運(yùn)動醫(yī)學(xué)手術(shù)治療愈合過程中，縫線會承受大量的重復(fù)應(yīng)力循環(huán)，無論是縫線發(fā)生斷裂，或者是縫線由于變形發(fā)生固定不牢固，都是不可接受的。所以對運(yùn)動醫(yī)學(xué)的縫線（以下簡稱縫線）的拉伸試驗研究就非常重要了，本文的目的是設(shè)計一款靜態(tài)拉伸試驗和疲勞試驗工裝，并制定靜態(tài)拉伸和動態(tài)疲勞試驗方法，通過多組拉伸靜態(tài)和動態(tài)疲勞試驗對實驗方法進(jìn)行驗證，以驗證實驗方法的合理性和可操作性，并獲得產(chǎn)品的靜態(tài)和動態(tài)的拉伸試驗結(jié)果，為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：靜態(tài)拉伸；動態(tài)拉伸疲勞；運(yùn)動醫(yī)學(xué)植入物；縫線。一、設(shè)計試驗工裝縫線的拉伸試驗涉及到靜態(tài)和動態(tài)疲勞試驗，試驗工裝是根據(jù)試驗機(jī)和縫線的特性設(shè)計試驗工裝。1、靜態(tài)試驗工裝縫線拉伸靜態(tài)試驗要求能施加和記錄對縫線的拉伸力的設(shè)備，且在其工作量程20%～100%范圍內(nèi)的使用精度為±1%。能夠以恒定的位移速率施加拉力。因為縫線比較光滑，所以試驗工裝和試驗夾具應(yīng)具有足夠大的剛度，從而可以忽略在所需載荷條件下的變形，為避免縫線在與夾具連接處的應(yīng)力集中，我們設(shè)計了工裝，這樣可以將縫線在固定軸繞圈，在反側(cè)半弧夾具通過螺絲壓緊，為使半弧夾具具有一定的粗糙度，我們在夾縫線時在半弧內(nèi)墊入橡膠片或者紗布，確?？p線在拉伸時不滑動，也不會因為夾線太緊導(dǎo)致拉伸時從夾持地方斷裂，最終結(jié)合拉伸試驗機(jī)的接口設(shè)計并制作的工裝。2、動態(tài)疲勞試驗工裝縫線拉伸動態(tài)疲勞試驗要求能施加規(guī)定頻率的循環(huán)載荷，數(shù)據(jù)記錄設(shè)備應(yīng)可連續(xù)監(jiān)測和記錄載荷。因為縫線比較光滑，這樣縫線繞過上下輥軸形成線環(huán)，線端打結(jié)，線結(jié)應(yīng)位于兩輥軸之間，輥軸直徑12mm，這樣縫線不會因為打滑影響試驗結(jié)果，最終結(jié)合疲勞試驗機(jī)的接口設(shè)計并制作的工裝。二、試驗樣品及試驗機(jī)器的選擇縫線表面應(yīng)光滑，色澤均勻一致，條干均勻，無污漬，無結(jié)頭。試驗樣品選擇是縫合線常用的2號線，試驗樣品為北京市富樂科技公司生產(chǎn)的白色聚酯線。測試設(shè)備及量具使用北京富樂科技公司檢測中心的試驗機(jī)及量具，試驗機(jī)均通過第三方校準(zhǔn)。三、試驗方法及結(jié)果1、縫線的靜態(tài)拉伸試驗1.1縫線的靜態(tài)拉伸試驗方案本次試驗樣品5個，將縫線在中間打一個簡單結(jié)，試驗標(biāo)距為130±2mm，若縫線的長度不滿足標(biāo)距130mm，可選擇標(biāo)距為50±2mm，試驗速度100±5mm/min，并予以記錄。，用我們設(shè)計工裝和夾具在線的兩端夾持在拉伸試驗機(jī)上，使打結(jié)的位置在中間，在拉伸試驗機(jī)上預(yù)加載0-2N，使夾具間的縫線繃緊，縫線應(yīng)與施力軸線平行，對縫線施加拉伸載荷，按照300mm/min的速度將縫線拉斷，記錄最大力，作為縫線的斷裂強(qiáng)力。1.2縫線的靜態(tài)拉伸試驗結(jié)果測試的5個樣品縫線均在打結(jié)處斷裂，未出現(xiàn)縫線在工裝上打滑現(xiàn)象，測試結(jié)果斷裂強(qiáng)力為173±4.15N。2.縫線的動態(tài)疲勞性能測試2.1動態(tài)疲勞性能試驗方案本次試驗樣品6個，在縫線上取100mm為試驗標(biāo)距，將縫線繞過動態(tài)疲勞試驗工裝上下輥軸形成線環(huán)，標(biāo)距兩端距輥軸接觸點(diǎn)至少10mm，線端打結(jié)將縫線在同一點(diǎn)打結(jié)5次，以防止縫線松動，通過試驗機(jī)在對線環(huán)施加循環(huán)拉伸載荷，測試載荷以斷裂強(qiáng)力（173±4.15N）為依據(jù)，分別取該值的50%、60%、70%、80%及90%為疲勞測試最大載荷，加載波形為正弦波，加載頻率5Hz，載荷比R=10，疲勞試驗測試持續(xù)到縫線發(fā)生斷裂或者達(dá)到一百萬次為止直至試樣斷裂或達(dá)到100萬次，運(yùn)動醫(yī)學(xué)損傷通常在3-5個月內(nèi)愈合ii(大約25萬至45萬個周期)，推薦100萬次的循環(huán)周期可以認(rèn)為是保守的。試驗持續(xù)到縫線斷裂或者達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。若試樣斷裂，記錄斷裂時的循環(huán)次數(shù)、斷裂位置。縫線的疲勞強(qiáng)度f通過下式計算：f=F/2。注：F為機(jī)器施加的軸向拉伸載荷將通過100萬次載荷循環(huán)的縫線取下鋪平，測量縫線標(biāo)記位置的長度L′，縫線的伸長率A通過下式計算：A=（L′-L）/L×100%。如果需要，可以將不同載荷下的循環(huán)次數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)擬合，得到F-N曲線，用以表征其疲勞性能趨勢。2.2動態(tài)疲勞性能試驗結(jié)果縫線疲勞失效時在打結(jié)處斷裂，最大疲勞載荷為138N，測試數(shù)據(jù)詳見表1。表1縫線疲勞測試數(shù)據(jù)編號載荷/N斷裂強(qiáng)力占比循環(huán)次數(shù)測試結(jié)果試樣186/8.650%1000000未斷裂試樣2104/10.460%1000000未斷裂試樣3120/1270%1000000未斷裂試樣4138/13.880%1000000未斷裂試樣5156/15.690%224993打結(jié)處斷裂試樣6156/15.690%962899打結(jié)處斷裂四、結(jié)論本研究設(shè)計開發(fā)了一款用于運(yùn)動醫(yī)學(xué)縫合線靜態(tài)和動態(tài)試驗的測試工裝和測試方法，特別是在縫線的疲勞試驗中，采用了成環(huán)固定的方法，該方法既避免了夾持固定時對縫線的夾持影響，所用的輥軸可以將夾具對縫線的影響降至最低，同時通過將試驗機(jī)施加的拉力翻倍而縫線在疲勞試驗過程中的穩(wěn)定性，使得不同類型的疲勞試驗機(jī)能夠更為容易的滿足該試驗條件。整個試驗過程工裝始終運(yùn)行良好，試驗完成度較高，成功獲得了縫合線的實驗數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供了可靠的研究數(shù)據(jù)。i骨科運(yùn)動醫(yī)學(xué)與關(guān)節(jié)鏡微創(chuàng)技術(shù)的新進(jìn)展，《中國醫(yī)學(xué)前沿雜志（電子版）》2013年第5卷第3期，戈允申，陳世益（復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)科復(fù)旦大學(xué)運(yùn)動醫(yī)學(xué)中心，上海200040）ii關(guān)節(jié)鏡下手術(shù)內(nèi)固定Hoffa骨折的臨床療效觀察，《美中國際創(chuàng)傷雜志》2018年第2期

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張博皓

王月，HYPERLINK"/main/search.aspx?o=%E8%A5%BF%E5%AE%89%E4%BA%A4%E9%80%9A%E5%A4%A7%E5%AD%A6%E9%99%84%E5%B1%9E%E7%BA%A2%E4%BC%9A%E5%8C%BB%E9%99%A2%E8%BF%90%E5%