Intervertebral Disc Testing

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Intervertebral Disc Testing

The Challenge

Intervertebral disc replacement is a surgical technique for the treatment of lower back pain related to degenerative disc disease. The advantage of this technique over traditional spinal fusion is that it preserves or restores motion in the spine, and has the potential to delay the onset of degeneration of healthy discs at adjacent levels in the spine. Disc prostheses are designed to be load bearing over the physiological range of disc motion, and to give years of pain-free and trouble-free operation in the body. Understanding the static and dynamic characteristics of a particular device allows manufacturers and designers to ensure their product is proven and accepted. ASTM F2346 provides a methodology for characterizing the static strength and dynamic fatigue behavior of disc prostheses. The rigorous testing regimes in this standard aim to scientifically validate any prosthesis design. With a typical test run lasting for 10 million cycles and requiring both axial and torsional loading, it is vital that a testing system copes with these performance demands and delivers the highest quality of results. In addition, the requirement to conduct these tests in a wet environment adds to the complexity of the system.

Our Solution

An 8874 axial-torsional system, with the addition of a temperature controller and re-circulator unit, allows device manufacturers and contract research laboratories to conduct both static and cyclic testing on a range of implant designs. The bath, in which saline flow and temperature are controlled, provides a stable environment. With the use of specialized test fixtures, the 8874 system's combined axial-torsional actuator allows for characterization to be conducted in axial compression, compression-shear, and compression-torsion test modes for both articulating discs of traditional metal-on-metal or metal-on-polyethylene design. It's also used for the next generation of prostheses, which feature an elastomeric component to give axial compliance under load that mimic the biomechanics of the natural disc.

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Test du genou

Le défi

Articulation du genou

Les prothèses de genou figurent parmi les procédures chirurgicales les plus courantes dans le monde pour améliorer la qualité de vie. La fracture de fatigue des plateaux tibiaux de genou est l’un des mécanismes de défaillance les plus fréquemment signalés pour les prothèses totales de genou (PTG). Elle est causée par la perte du support osseux sous-jacent résultant de réactions biologiques, telles que l’ostéolyse induite par l’usure. Dans ces conditions, le plateau tibial devient mécaniquement instable, et la charge cyclique imposée par la marche normale provoque des fissures de fatigue, conduisant finalement à une défaillance catastrophique.

Notre solution

Essais de l’articulation du genou

L’instrument d’essai dynamique entièrement électrique ElectroPuls™ assiste les concepteurs, les fabricants et les chercheurs tout au long du processus de cycle de vie des produits, depuis la détermination des propriétés fondamentales des matériaux, telles que la résistance à la propagation des fissures de fatigue, jusqu’à l’essai du plateau tibial complet et au-delà. Nous utilisons un dispositif de serrage pour fixer une moitié du plateau tibial, simulant un condyle entièrement supporté. L’autre condyle non supporté est ensuite soumis à une charge physiologiquement représentative. En utilisant notre capteur de force Dynacell™ unique, les erreurs d’inertie dynamiques, telles que celles causées par le montage et par l’hydrodynamique qui résulte des essais dans un bain environnemental, peuvent être éliminées. Cela permet une mesure plus précise de la charge appliquée à l’échantillon.

En rapport

Essais de prothèses de hanche

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Essais de prothèses de hanche

Le défi

Prothèse de hanche

Après la chirurgie, un desserrage proximal et un effet d’écran de contrainte peuvent survenir à la suite d’une activité normale et entraîner des profils de charge anormaux. Par conséquent, l’environnement réel et les charges que l’échantillon subira dans le corps doivent être reproduits lors des essais. Les essais de fatigue fémorale de la hanche peuvent s’avérer complexes en raison de l’importance d’un encastrement précis de l’échantillon. Le montage doit être capable de supporter des contraintes de compression, de flexion et de torsion afin de répondre aux normes ISO 7206. Les fréquences élevées de ces tests posent également un défi, car elles peuvent provoquer un échauffement de l’échantillon au-delà d’une limite acceptable.

Notre solution

Essais de prothèses de hanche

Instron® propose un dispositif d’encastrement d’échantillon qui garantit l’obtention des angles de décalage et de la profondeur d’encastrement requis. Le montage résistant à la corrosion, conçu à cet effet, permet de réaliser des essais in vivo. L’ensemble est livré avec un contrôleur de température et une pompe de recirculation pour garantir que la température ne dépasse jamais la limite acceptable en réduisant automatiquement la fréquence de l’essai. Le montage, facile à installer, comprend une tête de charge à faible frottement et des adaptateurs pour le montage sur un système ElectroPuls™. Le logiciel Instron WaveMatrix™ permet d’utiliser un certain nombre de critères de fin d’essai, tels que l’exécution d’un nombre spécifique de cycles ou la détection d’une défaillance de l’échantillon, qui peut être déterminée de plusieurs manières. Avec un seul pack, vous pouvez tester en toute confiance et dépasser les exigences des normes ISO 7206-4, 7206-6 et 7206-8.

En rapport

Bone Screw Testing

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Bone Screw Testing

The Challenge

Bone Screw

Bone screws are used in surgical procedures for securing implants, osteosynthesis devices, and fracture fixation plates to the skeletal system. In normal clinical use, a surgeon applies combined axial and torsional forces to the bone screw as it is implanted within the body. Manufacturers and scientists test bone screws to determine various mechanical properties when evaluating new materials and designs. The most common standard for testing bone screws is ASTM F534. The standard consists of a total of four testing annexes: axial tests, torsion only tests, or a combination of both linear and torsion tests. ASTM F543-17 Test A1 - Test Method for Determining the Torsional Properties of Metallic Bone Screws requires the screw to be sufficiently clamped and a rotational velocity between 1 and 5 rpm to be applied until specimen failure, and to measure the torque profile and the rotational angle. ASTM F534-17 Test A2 - Test Method for Driving Torque of Medical Bone Screws measures the torque required to insert and remove the screw with a constant rotational velocity between 1 and 5 rpm while maintaining an axial load of no more than 10 N in compression. ASTM F543-17 Test A3 - Test Method for Determining the Axial Pull-Out Strength of Medical Bone Screws measures the force required to axially remove the screw that has been fully inserted in the test block using the method from Test A2. The pull-out fixture then applies a tensile load at a constant rate of 5 mm/min until the failure of the bone screw or removal from the test block. ASTM F543-17 Test A4 - Test Method for Determining the Self-Tapping Performance of Self-Tapping Medical Bone Screws specifies the procedure to evaluate the axial loading required to engage a self-tapping bone screw into a standard laboratory material. Although considered a simple clinical procedure, reproduction of this in vitro results in a relatively complex motion due to the interaction between the rotation and linear axes of a test machine. The test requires a continuous rotational velocity of up to 30 rpm while the axial load is incremented during the insertion at a rate of 2 N/s. The objective of this test is to record the torque profile as the bone screw is inserted into the material and then removed.

Our Solution

Bone Screw Testing

To perform bone screw testing to ASTM F543, either an electromechanical system with a Torsion Add-On 3.0 , or an ElectroPuls™ Linear-Torsion system can be used. The Torsion Add-On 3.0 can be added to any new or existing 6800 Series single column or dual column table top testing machine to add rotational capabilities. The ElectroPuls E10000 and E3000 Linear-Torsion test systems are all-electric dynamic testing systems that provide a unique linear and torsion actuator system that is capable of synchronized linear and multi-rotation testing, which makes them ideal platforms for performing the full range of tests prescribed by the standard. For both the electromechanical system and ElectroPuls system, a bi-axial Dynacell load cell is mounted to the base of the machine. Using WaveMatrix™ dynamic test software on the ElectroPuls system, a user is able to control both axial and rotational axis in closed-loop control. This gives the user the ability to easily set up the multi-axial tests as a series of steps, and displays the required information as the test proceeds. Special fixtures are used to clamp the material to the biaxial load cell, and a drill chuck is used for the drive bits.

Bluehill^® Universal Software

Essais de dispositifs de fixation de fractures

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Essais de dispositifs de fixation de fractures

Le défi

$Fixation de fractures$

Les plaques de fixation de fractures sont utilisées pour immobiliser les os fracturés ou gravement brisés. Ces plaques sont le plus souvent fabriquées en titane ou en acier inoxydable. Les deux possèdent des propriétés mécaniques similaires, notamment la rigidité et la résistance ultime à la traction, à celles de los natif. Ces plaques présentent souvent des géométries irrégulières et sont disponibles dans une variété de tailles pour sadapter aux différentes fractures osseuses du corps. Par exemple, une plaque utilisée pour immobiliser un fémur fracturé sera très différente de celle utilisée pour une cheville, un doigt ou une mâchoire. La géométrie irrégulière et la gamme de tailles des plaques de fixation de fractures en font des composants difficiles à tester. De plus, dans la plupart des cas, ces plaques restent à lintérieur du patient à vie et doivent pouvoir résister aux mouvements dynamiques du corps pendant des décennies.

Notre solution

$Essais de dispositifs de fixation de fractures$

Afin de comprendre les propriétés mécaniques des plaques de fixation de fractures, une gamme d’essais statiques et dynamiques est requise. Des essais de flexion, de traction et de compression monotoniques sont nécessaires pour comprendre le module et la résistance ultime à la traction. Étant donné la géométrie irrégulière des plaques de fixation de fractures, la mesure de la déformation est un défi. Des techniques de modélisation 2D et 3D, telles que l’analyse par éléments finis, sont souvent menées pour comprendre les propriétés de contrainte et de déformation en plein champ des plaques de fixation de fractures. Pour les essais de traction, de compression ou de flexion monotoniques, notre logiciel de Corrélation d’images numériques associé à notre Extensomètre vidéo avancé permet aux chercheurs et aux scientifiques de visualiser et de quantifier les propriétés de déformation en plein champ de ces plaques. Pour tous les essais de fatigue, nous recommandons d’utiliser nos systèmes ElectroPuls™. Plus précisément, nous recommandons le système d’essai E3000 ou E10000 Linear-Torsions. La capacité de tester des plaques simultanément en charge axiale et en charge de torsion représente au mieux les conditions de charge réelles dans le corps humain.

En rapport

Essais d’implants rachidiens

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Essais d’implants rachidiens

Le défi

Essais d’implants rachidiens

Les essais de durée de vie des montages rachidiens sont essentiels, car la rupture par fatigue est plus fréquente que la défaillance catastrophique. Lors de l’activité normale du patient, les montages rachidiens peuvent être soumis à des charges in vivo élevées, ce qui peut entraîner une défaillance catastrophique. Des essais cycliques sont réalisés afin d’évaluer le nombre de cycles nécessaires à l’apparition d’une rupture par fatigue. La charge est généralement appliquée à l’aide d’une forme d’onde sinusoïdale à amplitude constante contrôlée en charge, dépassant les cinq millions de cycles. Des essais statiques simples sont également effectués pour évaluer la charge nécessaire pour provoquer une fracture du rachis.

Notre solution

Essais d’implants rachidiens

Le système Instron® Linéaire-Torsion ElectroPuls™ est recommandé car il permet à l’utilisateur de réaliser des essais statiques et dynamiques selon les normes ASTM F1717-12 sur une seule machine. Un montage rachidien dédié peut être facilement installé sur ce système, avec la possibilité de monter un bain salin sur la base pour les essais in vivo. Lors de l’utilisation du bain, le capteur de force est conçu pour être monté sur l’actionneur en utilisant la technologie brevetée Dynacell d’Instron pour la compensation d’inertie. L’algorithme de réglage basé sur la rigidité breveté par Instron garantit une excellente fidélité de la forme d’onde, même avec des éprouvettes non linéaires.

En rapport