Streszczenie

Streszczenie
Pomimo ogromnego postępu poczynionego ostatnimi czasy w medycynie i inżynierii
biomedycznej, problem leczenia skolioz idiopatycznych u dzieci i młodzieży znajdujących się
w fazie wzrostu, nie został należycie rozwiązany. Nie jest łatwo bowiem, pogodzić ze sobą
konieczność stabilizacji leczonego odcinka z jednoczesnym zapewnieniem w nim
ruchomości. Rozwiązaniem w tym wypadku wydają się być ruchome systemy stabilizacji
umożliwiające wzrost kręgosłupa. Jednym z nich jest rozwiązanie zaproponowane w ramach
projektu Spineguide®, którego zasada działania opiera się o współpracę ślizgową linki
polimerowej z prętem biometalicznym.
W ramach niniejszej rozprawy doktorskiej przeprowadzono analizę literatury z
zakresu budowy, schorzeń oraz metod leczenia kręgosłupa, ze szczególnym uwzględnieniem
terapii z wykorzystaniem implantów. Ponadto dokonano przeglądu i porównania skojarzeń
różnych materiałów stosowanych na węzły tribologiczne oraz opisano wpływ wybranych
parametrów na tarcie par ślizgowych polimer - metal.
W pracy przedstawiono wyniki badań tarcia i procesów zużywania par ślizgowych
typu linka polimerowa (PE-UHMW) – pręt biometaliczny (stopy tytanu Ti6Al4V i Ti6Al7Nb,
stal austenityczna, stop CoCrMo) stosowanych w nowoczesnych systemach stabilizacji
kręgosłupa, umożliwiających leczenie skolioz u pacjentów znajdujących się w fazie wzrostu.
W celu przeprowadzenia analizy tarcia i zużywania elementów stabilizatora,
zaprojektowano i zbudowano urządzenie do pomiaru tarcia włókien i plecionek. Stanowisko
to zostało zgłoszone do Urzędu Patentowego pod numerem P415423.
Badania tarcia obejmowały pomiary sił, a następnie wyznaczenie współczynników
tarcia statycznego i kinetycznego w funkcji ilości przebytych cykli ruchowych (do 20 000).
Dodatkowo wyznaczono charakterystyki zmian wartości współczynnika tarcia statycznego od
siły naciągu linki w zakresie od 50 do 300N. Pomiary tarcia przeprowadzono w
stabilizowanej temperaturze 38˚C w środowisku dwóch czynników smarujących – wody
destylowanej i kwaśnego mleczanu sodu.
Badania procesów zużywania obejmowały: obserwacje mikroskopowe i analizę składu
chemicznego produktów zużycia odfiltrowanych z czynników smarujących, analizę zmian
powstałych na powierzchni pręta metalowego oraz obserwacje mikroskopowe i analizę składu
chemicznego powierzchni linek polimerowych.
Na podstawie poczynionych obserwacji stworzono opisowy model zużywania
tribologicznego par ślizgowych typu linka z włókien z PE-UHMW - pręt biometaliczny.
Model ten przy uwzględnieniu parametrów takich jak rodzaj środka smarnego, temperatura w
węźle tarcia, względna twardość współpracujących materiałów, może być reprezentatywny
dla węzłów tribologicznych typu plecionka z włókien polimerowych – lity materiał metalowy
pracujących w obecności cieczy smarującej.
Wykorzystanie połączenia ślizgowego włókna polimerowe – pręt biometaliczny na
elementy systemów stabilizacji, stwarza szerokie perspektywy, aczkolwiek konieczne jest
przeprowadzenie dalszych badań, zwłaszcza pod kątem zużywania się tego typu węzłów
tribologicznych.
Summary
Despite the huge progress made in recent times in medicine and biomedical
engineering, problem of treatment of adolescent idiopathic scoliosis, it has not been
adequately resolved. It is not easy because, to reconcile the need to stabilize the treated
segment while ensuring its mobility. The solution in this case appears to be non-fusion
stabilizing systems. One of them is project Spineguide®. It’s working principle is based on
the sliding movement of polymer cable against biometallic rod.
As part of this dissertation an analysis of the literature in the field of construction,
diseases and treatment of the spine, with particular emphasis on therapy with the use of
implants, was made. Moreover, the thesis treats about an overview and comparison of
associations of different materials used for tribological nodes and describes the impact of
selected parameters on friction polymer sliding pairs - metal.
The paper presents results of research of friction and wear processes of sliding pairs
polymer cable (PE-UHMW) - biometallic rod (austenitic stainless steel and alloys Ti6Al4V,
Ti6Al7Nb, CoCrMo) used in modern of non-fusion stabilization spine .
In order to perform measurements of friction a device for measuring the friction of
fibers, cables and braids was designed and built. It was submitted to the Patent Office with the
number P415423.
Studies include measurements of friction forces, and determination of coefficients of
static and kinetic friction versus the amount of completed cycles of motion (20 000). In
addition, characteristics of the static coefficient of friction as a function of cable tension force
in the range from 50 to 300N. Measurements of friction were carried out in controlled
temperature of 38˚C in two lubricating fluids - distilled water and acidic sodium lactate.
Investigation of wear comprises: microscopic observation and analysis of chemical
composition of wear products filtered from lubricating agents, an analysis of metal rod
surface changes and microscopic observations and analysis of chemical composition of the
surface of the polymer cables.
On the basis of these findings a description and model of tribological wear of sliding
pairs such as polymer fibers (PE-UHMW) – biometallic rod were created This model takes
into account parameters such as: the type of lubricant, the temperature of friction node, the
relative hardness of the cooperating materials. It may be representative for sliding pairs
tribological in type of braided polymer fibers - solid metallic material in the presence of a
lubricant.
Application of friction pairs polymer fibers – biometallic rod for stabilization system
elements, creates broad prospects, although it is necessary to conduct further research,
particularly in terms of wear this type of nodes tribological.