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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Teste de Joelho

O desafio

Articulação do Joelho

As próteses de joelho estão entre os principais procedimentos cirúrgicos em todo o mundo para melhorar a qualidade de vida. A fratura por fadiga das bandejas tibiais de joelho é um dos mecanismos de falha mais comumente relatados em próteses totais de joelho (PTJ). Ela é causada pela perda de suporte ósseo subjacente resultante de reações biológicas, como a osteólise induzida por desgaste. Sob essas condições, a bandeja tibial torna-se mecanicamente instável, e o carregamento cíclico provocado pela caminhada normal causa trincas por fadiga, levando, em última análise, à falha catastrófica.

Nossa Solução

Teste de Articulação do Joelho

O Instrumento de Teste Dinâmico Totalmente Elétrico ElectroPuls™ auxilia projetistas, fabricantes e pesquisadores durante o processo de ciclo de vida do produto, desde a obtenção de propriedades fundamentais do material, como resistência à propagação de trincas por fadiga, até o teste da bandeja tibial completa e além. Utilizamos uma fixação de fixação para prender uma metade da bandeja tibial, simulando um côndilo totalmente suportado. O outro côndilo não suportado é então submetido a carregamento fisiologicamente representativo. Ao usar nossa célula de carga Dynacell™ exclusiva, erros inerciais dinâmicos, como aqueles causados pela fixação e pela hidrodinâmica que resulta ao testar em banho ambiental, podem ser removidos. Isso permite uma medição mais precisa da carga aplicada ao corpo de prova.

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Ensaios de Implantes de Quadril

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Ensaios de Implantes de Quadril

O desafio

Implante de Quadril

Após a cirurgia, podem ocorrer afrouxamento proximal e blindagem de tensões como resultado da atividade normal, o que pode levar a perfis de carregamento anormais. Portanto, é necessário replicar nos ensaios o ambiente e as cargas reais que o corpo de prova experimentará no corpo. Os ensaios de fadiga femoral de quadril podem ser desafiadores devido à importância de embutir o corpo de prova com precisão. O dispositivo de fixação precisa ser capaz de suportar tensões de compressão, flexão e torção para atender às normas ISO 7206. As altas frequências desses ensaios também representam um desafio, pois podem fazer com que o corpo de prova aqueça além de um limite aceitável.

Nossa Solução

Ensaios de Implantes de Quadril

A Instron® fornece um dispositivo de embutimento do corpo de prova que garante o alcance dos ângulos de deslocamento e da profundidade de embutimento exigidos. O dispositivo de fixação, desenvolvido especificamente e resistente à corrosão, permite ensaios in vivo. O conjunto é fornecido completo com um controlador de temperatura e uma bomba de recirculação para garantir que a temperatura nunca exceda o limite aceitável, reduzindo automaticamente a frequência do ensaio. O dispositivo de fixação, de fácil instalação, inclui uma cabeça de carregamento de baixo atrito e adaptadores para montá-lo em um sistema ElectroPuls™. O software Instron WaveMatrix™ permite o uso de diversos critérios de término do ensaio, como executar um número específico de ciclos ou até que seja detectada a falha do corpo de prova, o que pode ser determinado de várias maneiras. Com um único pacote, é possível realizar ensaios com confiança para atender e exceder os requisitos das normas ISO 7206-4, 7206-6 e 7206-8.

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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

Ensaio de Dispositivos de Fixação de Fraturas

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Ensaio de Dispositivos de Fixação de Fraturas

O desafio

Fixação de Fraturas

As placas de fixação de fraturas são utilizadas para imobilizar ossos que foram fraturados ou gravemente quebrados. Essas placas são mais comumente feitas de titânio ou aço inoxidável. Ambos possuem propriedades mecânicas semelhantes, incluindo rigidez e resistência à tração final, às do osso nativo. Essas placas frequentemente apresentam geometrias irregulares e vêm em uma variedade de tamanhos para acomodar fraturas ósseas de diferentes dimensões no corpo. Por exemplo, uma placa usada para imobilizar um osso fraturado em um fêmur será muito diferente de uma usada em um tornozelo, dedo ou mandíbula. A geometria irregular e a gama de tamanhos das placas de fixação de fraturas as tornam componentes desafiadores para ensaiar. Além disso, na maioria dos casos, essas placas permanecem no paciente por toda a vida e devem ser capazes de suportar o movimento dinâmico do corpo ao longo de décadas.

Nossa Solução

Ensaio de Dispositivos de Fixação de Fraturas

Para compreender as propriedades mecânicas das placas de fixação de fraturas, é necessária uma gama de ensaios estáticos e dinâmicos. Ensaios monotônicos de flexão, tração e compressão são necessários para entender o módulo e a resistência à tração final. Dada a geometria irregular das placas de fixação de fraturas, medir a deformação é um desafio. Técnicas de modelagem 2D e 3D, como a análise de elementos finitos, são frequentemente realizadas para entender as propriedades de tensão e deformação de campo total das placas de fixação de fraturas. Para ensaios monotônicos de tração, compressão ou flexão, nosso software de Correlação de Imagem Digital, combinado com nosso Extensômetro de Vídeo Avançado, permite que pesquisadores e cientistas visualizem e quantifiquem as propriedades de deformação de campo total dessas placas. Para todos os ensaios de fadiga, recomendamos o uso de nossos sistemas ElectroPuls™. Especificamente, recomendamos o sistema de ensaio E3000 ou o E10000 Linear-Torsion. A capacidade de ensaiar placas simultaneamente em carregamento axial e carregamento torsional representa melhor as condições de carregamento realistas no corpo humano.

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Ensaios de Implantes da Coluna

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Ensaios de Implantes da Coluna

O desafio

Ensaios de Implantes da Coluna

Os ensaios de vida útil de construções da coluna são críticos, pois a falha por fadiga é mais comum do que a falha catastrófica. Durante a atividade normal do paciente, as construções da coluna podem ser submetidas a altas cargas in vivo, o que pode resultar em falha catastrófica. Ensaios cíclicos são realizados para avaliar o número de ciclos necessário para que ocorra a falha por fadiga. A carga normalmente é aplicada com uma forma de onda senoidal de amplitude constante, controlada por carga, excedendo cinco milhões de ciclos. Ensaios estáticos simples também são realizados para avaliar a carga necessária para resultar em fratura da coluna.

Nossa Solução

Ensaios de Implantes da Coluna

Recomenda-se o sistema Instron® Linear-Torsion ElectroPuls™, pois permite ao usuário realizar ensaios estáticos e dinâmicos de acordo com as normas ASTM F1717-12 em uma única máquina. Um dispositivo dedicado para coluna pode ser facilmente montado nesse sistema, com a opção de montar um banho de solução salina na base para ensaios in vivo. Ao utilizar o banho, a célula de carga é projetada para ser montada no atuador, utilizando a tecnologia patenteada Dynacell da Instron para compensação de inércia. O algoritmo patenteado da Instron de ajuste baseado em rigidez garante excelente fidelidade da forma de onda, mesmo com corpos de prova não lineares.

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