آزمون سایش مفصل ران در حضور ذرات خارجی

ASTM F3738

آزمون سایش مفصل ران در حضور ذرات خارجی (Third-Body Wear Test) (Third Body Hip Wear Test)

منابع مرجع:

ASTM F3738: روش استاندارد برای آزمون سایش مفصل ران نوع فلز-بر-پلی‌اتیلن در شرایط نامطلوب با استفاده از ذرات خارجی
(Standard Test Method for Hip Simulator Wear Testing of Metal-on-Polyethylene Articulations Under Adverse Conditions Using Third-Body Particles)

ISO 14242-1: ایمپلنت‌های جراحی – سایش پروتزهای کامل مفصل ران – بخش 1: پارامترهای بارگذاری و جابجایی برای ماشین‌های آزمون سایش و شرایط محیطی متناظر

ISO 14242-2: ایمپلنت‌های جراحی – سایش پروتزهای کامل مفصل ران – بخش 2: روش‌های اندازه‌گیری

استاندارد ASTM F3738 روشی تخصصی برای آزمون سایش مفصل ران نوع فلز-بر-پلی‌اتیلن (Metal-on-Polyethylene) در شرایط نامطلوب ارائه می‌دهد؛ شرایطی که در آن ذرات خارجی (Third-Body Particles) وارد سطح تماس مفصلی می‌شوند و موجب افزایش نرخ سایش می‌گردند.

پیش‌زمینه و اهمیت آزمون:

در آرتروپلاستی کامل مفصل ران (Total Hip Arthroplasty – THA)، یکی از علل اصلی سایش زودهنگام، ورود ذرات خارجی به سطح تماس بین سر فلزی و کاپ پلی‌اتیلنی است.
این ذرات ممکن است از منابع مختلفی منشأ بگیرند، از جمله:

ذرات سیمان استخوانی (PMMA)،

تراشه‌های استخوان (Bone Chips)،

ذرات ناشی از اتصالات ماژولار (Modular Connection Debris)،

یا قطعات حاصل از شکستگی ایمپلنت‌های قبلی.

هدف آزمون:

ارزیابی رفتار سایش پروتز مفصل ران در شرایط بحرانی، با شبیه‌سازی واقعی‌ترین سناریوهای بالینی که در آن آلودگی ذرات خارجی وجود دارد.
این آزمون به طراحان ایمپلنت کمک می‌کند تا عملکرد سطح تماس را در شرایط «بدترین حالت ممکن (Worst-Case Scenario)» مورد بررسی قرار دهند.

روش انجام آزمون:

آزمون بر اساس ISO 14242-1 انجام می‌شود، اما با افزودن ذرات خارجی به سیال آزمون.
پارامترهای کلیدی شامل:

نوع ذرات خارجی: PMMA، سرامیک یا استخوان،

اندازه و غلظت ذرات: در هماهنگی با مشتری و با در نظر گرفتن شرایط بحرانی،

سیال آزمون: سرم گاوی (Bovine Serum) با گردش پیوسته برای توزیع یکنواخت ذرات.

برای حفظ یکنواختی تعلیق ذرات در سیال آزمون، هر محفظه آزمون مجهز به پمپ پریستالتیک مستقل است تا سیال و ذرات در جریان مداوم قرار گیرند.

آزمون‌ها بر روی شبیه‌ساز مفصل ران انجام می‌شود و حرکات سه‌محوره (خمشی، چرخشی، فشاری) طبق الگوی ISO 14242-1 اعمال می‌گردند.

گزینه جایگزین آزمون:

در مواردی که کنترل یکنواختی ذرات دشوار است، می‌توان از روش زبرسازی سطحی (Surface Roughening) استفاده کرد.
در این روش، سطوح تماس تا مقدار زبری از پیش تعیین‌شده (Ra) پرداخت می‌شوند تا شرایط سایش مشابه ورود ذرات خارجی شبیه‌سازی گردد.
این روش موجب افزایش تکرارپذیری و ثبات نتایج آزمون می‌شود، زیرا ذرات خارجی دیگر به سطح نمی‌چسبند و رفتار سایش قابل پیش‌بینی‌تر خواهد بود.

داده‌ها و خروجی آزمون:

در پایان هر چرخه آزمون، موارد زیر ارزیابی می‌گردد:

میزان کاهش وزن (Weight Loss) در اجزای پلی‌اتیلنی،

تغییرات مورفولوژیکی سطح تماس (Surface Morphology Changes)،

تحلیل ذرات فرسایشی در سیال آزمون با روش‌های نوری یا SEM،

و مقایسه نرخ سایش با شرایط نرمال ISO 14242-1.

کاربرد و مزایا:

اجرای آزمون ASTM F3738 در آزمایشگاه پارس برای موارد زیر اهمیت دارد:

ارزیابی عملکرد واقعی ایمپلنت در محیط آلوده به ذرات،

بررسی حساسیت طراحی مفصل به سایش موضعی،

تحلیل اثرات مواد مختلف بر پایداری تماس،

و بهینه‌سازی هندسه سطحی برای افزایش مقاومت در برابر فرسایش.

در آزمایشگاه پارس، آزمون سایش در حضور ذرات خارجی طبق ASTM F3738 با کنترل دقیق پارامترهای غلظت، اندازه ذره، ویسکوزیته سیال و تعداد چرخه‌ها انجام می‌شود.
گزارش نهایی شامل داده‌های وزنی، میکروسکوپی، و تحلیل آماری نرخ سایش برای هر نوع ذره خواهد بود.