RO123041B1

RO123041B1 - Stand for testing cotyloid cups

Info

Publication number: RO123041B1
Application number: ROA200700822A
Authority: RO
Inventors: Cătălin Fetecău; Ion Postolache; Felicia Stan
Original assignee: Universitatea "Dunărea De Jos" Din Galaţi
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2010-07-30

Abstract

The invention relates to a stand for testing cotyloid cups, which are comprised in the hip prostheses, from the point of view of wear and deformations thereof, in the condition of stresses reproducing the real conditions during the human walking, consisting of some sub-assemblies for actuating some elements representing the metal part of a hip prosthesis for the simulation of flexion-extension motions and adduction-abduction motions, respectively, of coxal-femural joints, which receive a variable loading from a hydraulic system, the cotyloid cups of the prosthesis, subjected to the tests, being fixed in a prism-support and contacting a rod with a spherical head, the support-prisms (11) of the cotyloid cups (6) sliding on the vertical into a guide (13) integral with the frame of the machine, and the rods with spherical ends (5) being fixed in the extension of the upper ends of some cylindrical rods (4) whose lower ends are provided with some displaceable rolls (7) on some rolling tracks (8), the cylindrical rods (4) being linked with some flexion-extension motion driving sub-assemblies (C, C') and an adduction-abduction motion driving sub-assembly (D), respectively, from some gear motors by means of some connecting rod mechanisms.

Description

Invenția se referă la un stand pentru testarea cupelor cotiloide care intră în alcătuirea protezelor de șold, din punct de vedere al uzurii și al deformațiilor acestora, în condițiile unor solicitări care reproduc condițiile reale din timpul mersului uman. Standul poate fi folosit, de asemenea, și în cadrul unor activități didactice, aplicative, desfășurate cu elevii sau studenții.The invention relates to a stand for testing the cotyledon cups that enter the hip prosthesis, from the point of view of their wear and deformations, under conditions of requests that reproduce the real conditions during human walking. The stand can also be used as part of didactic activities, applied, carried out with students or students.

Sunt cunoscute standuri și echipamente care estimează fie comportamentul mecanic, fie cel tribological protezelor de șold, în condițiile realizării unor mișcări ciclice între suprafețele articulate, cărora le sunt aplicate forțe de contact.There are known stands and equipments that estimate either the mechanical behavior or the tribological behavior of the hip prostheses, under the conditions of performing cyclic movements between the articulated surfaces, to which contact forces are applied.

Se mai cunosc simulatoare pentru testarea articulației șoldului (DE 2418956 B1, JP 2007272116 A), care au în compunere elemente ce reproduc mișcările caracteristice acestei articulații și solicitările la care sunt supuse acestea, elemente de acționare și de măsurare a unor parametri diferiți, cu scopul de a testa elementele componente ale protezelor de șold, în diferite condiții de solicitare.There are also known simulators for testing the hip joint (DE 2418956 B1, JP 2007272116 A), which have elements that reproduce the movements characteristic of this joint and the demands to which they are subjected, elements for actuation and measurement of different parameters, with the purpose to test the component elements of the hip prosthesis, under different request conditions.

II

Dezavantajele acestor instalații constau în aceea că mișcările ciclice ale suprafețelor articulate, dar și unghiurile sub care se află elementele de protezare nu reproduc situația reală din timpul mersului uman, nu asigură aplicarea unei forțe de contact variabile pe durata fiecărui ciclu și nu pot fi măsurate pe același stand atât uzura, cât și deformațiile cupelor cotiloide supuse testării.The disadvantages of these installations are that the cyclic movements of the articulated surfaces, but also the angles under which the prosthesis elements are, do not reproduce the real situation during the human gait, do not ensure the application of a variable contact force during each cycle and cannot be measured on the same stand both the wear and the deformations of the cotyledon cups under test.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, constă în posibilitatea testării cupelor cotiloide în condiții care reproduc complexitatea mersului uman atât din punct de vedere al mișcărilor efectuate, cât și din punct de vedere al solicitărilor, asigurându-se încărcări variabile pe fiecare picior, precum și posibilitatea măsurării pe același stand atât a uzurii, cât și a deformațiilor cupelor cotiloide, supuse testării.The technical problem, which the invention solves, consists in the possibility of testing the cotyledon cups under conditions that reproduce the complexity of the human gait, both in terms of the movements performed and in terms of the demands, ensuring variable loads on each leg, as well. and the possibility of measuring on the same stand both the wear and the deformations of the cotyled cups, undergoing the test.

Standul pentru testarea cupelor cotiloide, conform invenției, cuprinzând niște subansambluri de acționare a unor elemente, reprezentând partea metalică a unei proteze de șold, pentru simularea mișcărilor de flexie-extensie și, respectiv, de aducție-abducție de la nivelul articulațiilor coxo-femurale, care primesc o încărcare variabilă de la un sistem hidraulic, cupele cotiloide ale protezei, supuse testelor, fiind fixate în câte o prismă-suport și fiind în contact cu câte o tijă cu cap sferic, rezolvă această problemă și înlătură dezavantajele menționate, prin aceea că, prismele-suport ale cupelor cotiloide sunt glisante pe verticală, într-un ghidaj solidar cu batiul mașinii, iar tijele cu cap sferic sunt fixate în prelungirea capetelor superioare ale unor tije cilindrice, ale căror capete inferioare sunt prevăzute cu niște role deplasabile pe niște căi de rulare, tijele cilindrice fiind în legătură cu niște subansambluri de antrenare într-o mișcare de flexie-extensie, respectiv, cu un subansamblu de antrenare într-o mișcare de aducție-abducție, de la niște moto-reductoare, prin intermediul unor mecanisme cu biele.The stand for testing the cotyledon cups, according to the invention, comprising some subassemblies for actuating some elements, representing the metallic part of a hip prosthesis, for simulating the flexion-extension and adduction-abduction movements at the level of the coxo-femoral joints, which receive a variable load from a hydraulic system, the cotyled cups of the prosthesis, subjected to the tests, being fixed in a prism-support and being in contact with a spherical head rod, solves this problem and removes the mentioned disadvantages, by the fact that , the support prisms of the cotyled cups are sliding vertically, in a guide integral with the machine's bat, and the spherical head rods are fixed in the extension of the upper ends of cylindrical rods, whose lower ends are provided with movable rollers on some paths. rollers, the cylindrical rods being connected to some drive subassemblies in a flexion-extension movement, respectively, with a subassembly training in an adduction-abduction movement, from some motor-reducers, by means of connecting rod mechanisms.

Standul pentru testarea cupelor cotiloide, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The cotylid cup testing stand, according to the invention, has the following advantages:

- are o construcție relativ simplă și permite simularea atât a mișcărilor de flexie;- has a relatively simple construction and allows the simulation of both bending movements;

- extensie, cât și aducție-abducție;- extension, as well as adduction-abduction;

- acuratețea rezultatelor testărilor ca urmare a reproducerii condițiilor reale de poziționare a cupei cotiloide față de tija femurală;- accuracy of the test results as a result of reproducing the actual conditions of positioning the cotyledon cup with respect to the femoral stem;

- standul permite atât determinarea uzurii cupelor cotiloide după un anumit număr de cicluri de solicitare, prin cântăriri periodice și prin vizualizare la microscop, cât și determinarea deformațiilor acestora, sub acțiunea unor solicitări variabile, prin utilizarea unor traductori inductivi.- the stand allows both the determination of the wear of the cotyledon cups after a certain number of request cycles, by periodic weighing and visualization under the microscope, as well as the determination of their deformations, under the action of variable requests, by the use of inductive translators.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1-7, care reprezintă:The following is an example of an embodiment of the invention, in connection with FIG. 1-7, which represents:

- fig. 1, vedere în perspectivă a standului conform invenției;FIG. 1, perspective view of the stand according to the invention;

- fig. 2, vedere în perspectivă a detaliului B din fig. 1;FIG. 2 is a perspective view of detail B of FIG. 1;

RO 123041 Β1RO 123041 Β1

- fig. 3, vedere în perspectivă a unui detaliu din fig. 1, reprezentând modul de 1 amplasare a unor traductori inductivi, care permit măsurarea deformațiilor cupei cotiloide;FIG. 3 is a perspective view of a detail of FIG. 1, representing the mode of 1 placement of inductive translators, which allow to measure the deformations of the cotyledon cup;

- fig. 4, vedere laterală a standului din fig. 1;3FIG. 4 is a side view of the stand of FIG. 1, 3

- fig. 5, vedere în secțiune, după traseul planurilor de secționare A-A, a standului din fig. 4;5FIG. 5, a sectional view, after the path of the sectioning plans A-A, of the stand in fig. 4, 5

- fig. 6, schema hidraulică a instalației care asigură încărcarea variabilă a articulației protezate;7FIG. 6, the hydraulic diagram of the installation that ensures the variable loading of the prosthetic joint;

- fig. 7, diagrama de încărcare a articulației protezate, asigurată de instalația hidraulică.FIG. 7, the loading diagram of the prosthetic joint, provided by the hydraulic installation.

Standul pentru testarea cupelorcotiloide, conform unei variante de realizare a invenției,9 are în componență două subansambluri C, C' de antrenare într-o mișcare de flexie - extensie, câte unul pentru fiecare sistem care simulează mișcările membrului inferior corespunzător, și 11 un subansamblu D de antrenare într-o mișcare de aducție - abducție (fig. 1). Fiecare subansansamblu C, C’ de antrenare într-o mișcare de flexie - extensie este compus dintr-un 13 moto-reductor 1 de acționare, fixat pe un batiu 16, care transmite mișcarea de rotație la o roată 2, aceasta deplasând o tijă cilindrică 4, prin intermediul unei biele 3, pentru simularea mișcării 15 de flexie-extensie (fig. 4). La partea superioară a tijei cilindrice 4, este prevăzută o tijă cu cap sferic 5, reprezentând partea metalică a protezei de șold, care se află în contact cu o cupă 17 cotiloidă 6, supusă testării. Cupa cotiloidă 6 este fixată într-o prismă-suport 11 (fig. 2). La capătul inferior al tijei cilindrice 4, sunt prevăzute niște role 7, prin intermediul cărora, tija 19 cilindrică se poate deplasa pe o cale de rulare 8, fixată, cu niște suporturi 9, de o placă inferioară 10, care poate oscila în jurul unei articulații axiale 18, prin intermediul unor plăci 17, 21 având capetele superioare prinse articulat de axul 18 și capetele inferioare fixate pe placa inferioară 10. Axul 18 este fixat de batiul 16 al standului, printr-un lagăr 19. Subansamblul D 23 de antrenare într-o mișcare de aducție-abducție este compus dintr-un moto-reductor 20, care transmite mișcarea la niște biele 23, având capetele superioare articulate pe niște roți de 25 antrenare 22, coaxiale, poziționate pe capetele unui ax motor 21, iar capetele inferioare articulate de câte o pereche de tije 24, care au capetele superioare articulate cilindric între ele, 27 iar capetele inferioare fixate de plăcile inferioare 10, corespunzătoare celor două articulații de șold, care sunt oscilante în jurul unor articulații axiale 18, prevăzute în părțile laterale ale 29 batiului standului și solidare cu căile de rulare 8.The booth for testing the cotyledon cups, according to an embodiment of the invention, 9 comprises two subassemblies C, C 'to drive in a flexion - extension movement, one for each system simulating the movements of the corresponding lower limb, and 11 a subassembly. D training in an adduction - abduction movement (fig. 1). Each C, C 'subassembly drive in a flexion - extension movement is composed of a 13 drive gear reducer 1, fixed to a rod 16, which transmits the rotation motion to a wheel 2, this displacing a cylindrical rod. 4, by means of a connecting rod 3, for simulating the flexion-extension movement 15 (fig. 4). At the top of the cylindrical rod 4, there is provided a spherical head rod 5, representing the metallic part of the hip prosthesis, which is in contact with a cup 17 cotyled 6, which is being tested. The cotyled cup 6 is fixed in a support prism 11 (fig. 2). At the lower end of the cylindrical rod 4, there are provided rollers 7, through which, the cylindrical rod 19 can be moved on a rolling path 8, fixed, with supports 9, by a lower plate 10, which can oscillate around a axial joints 18, by means of plates 17, 21 having the upper ends gripped hinged by the axis 18 and the lower ends fixed on the lower plate 10. The axis 18 is fixed by the stand 16 of the stand, by a bearing 19. The subassembly D 23 for driving in - an adduction-abduction movement is composed of a motor-reducer 20, which transmits the movement to connecting rods 23, having the upper ends hinged on some 25 drive wheels 22, coaxial, positioned on the ends of a motor shaft 21, and the lower ends articulated by a pair of rods 24, having the upper ends hinged cylindrically between them, 27 and the lower ends fixed by the lower plates 10, corresponding to the two hinges hip hips, which are oscillating around axial joints 18, provided in the lateral parts of the stand 29 and integral with the running ways 8.

încărcarea articulației se realizează, pentru fiecare membru inferior, cu ajutorul unei 31 instalații hidraulice, nereprezentate, care acționează câte un cilindru hidraulic 12 (fig. 6). Pentru demontarea cupei cotiloide 6, în vederea determinării uzurii, prisma-suport 11 se poate 33 deplasa pe verticală, culisând pe un ghidaj 13, fixat pe o placă superioară 14, și rigidizat cu o placă de rigidizare 15. Placa superioară 14 este fixată pe batiul standului 16. 35The joint is loaded, for each lower member, by means of a 31 hydraulic installation, not shown, which operates a hydraulic cylinder 12 (fig. 6). To disassemble the cotyled cup 6, in order to determine the wear, the support prism 11 may be moved vertically, sliding on a guide 13, fixed on a top plate 14, and reinforced with a reinforcing plate 15. The top plate 14 is fixed on the booth of the stand 16. 35

Pentru determinarea deformațiilor cupei cotiloide 6, în timpul simulării mersului, pot fi montați niște traductori inductivi 25 (fig. 3), pentru măsurarea deformațiilor cupei cotiloide atât 37 pe direcție radială, cât și pe direcție axială.To determine the deformations of the cotyledon cup 6, during the simulation of the gait, inductive translators 25 (fig. 3) can be fitted, to measure the deformations of the cotyledon cup both in the radial direction and in the axial direction.

Simularea mișcării de flexie se face cu un unghi de 37°, iar cea de extensie, cu un 39 unghi de 15°. Mișcarea de aducție se realizează la un unghi de 5‘, iar cea de abducție la un unghi de 7°. 41The simulation of the bending motion is done with an angle of 37 °, and the extension, with a 39 angle of 15 °. The adduction movement is performed at an angle of 5 ', and the abduction at an angle of 7 °. 41

Referitor la schema hidraulică prezentată în fig. 5:Referring to the hydraulic diagram shown in fig. 5:

Când un distribuitor electro-hidraulic D1 se află pe poziția 0, agentul motor (uleiul) nu 43 circulă prin instalație; când distribuitorul electro-hidraulic D1 se află pe poziția 1, agentul motor (uleiul) circulă de la pompa P, prin distribuitor, trece printr-o supapă de reducere a presiunii, 45 cu supapă de ocolire S1, ajungând la niște distribuitoare D2-D7, și apoi, trecând printr-unul dintre distribuitoarele D2-D7 și printr- una dintre supapele S2-S7 corespunzătoare, uleiul este 47 adus la o anumită presiune, necesară realizării ciclului de încărcare și dirijat spre un cilindru hidraulic CH, realizând cursa de avans a acestuia; când distribuitorul D1 se află pe poziția 2, 49 presiunea uleiului este menținută sub o anumită limită de presiune, de către o supapă S8 și este dirijat către cilindrul hidraulic CH, realizând cursa de retragere a acestuia. 51When an electro-hydraulic distributor D1 is in position 0, the motor agent (oil) does not circulate through the installation; when the electro-hydraulic distributor D1 is in position 1, the motor agent (oil) circulates from the pump P, through the distributor, passes through a pressure relief valve, 45 with bypass valve S1, reaching some distributors D2-D7 , and then, passing through one of the distributors D2-D7 and one of the corresponding valves S2-S7, the oil is 47 brought to a certain pressure, necessary to carry out the loading cycle and directed to a hydraulic cylinder CH, realizing the feed stroke his; When the distributor D1 is in position 2, 49 the oil pressure is maintained below a certain pressure limit, by a valve S8 and is directed to the hydraulic cylinder CH, realizing its withdrawal stroke. 51

Claims

1. Stand for testing the cotyledon cups, comprising some subassemblies for actuating some elements, representing the metallic part of a hip prosthesis, for simulating the flexion-extension and adduction-abduction movements at the level of the coxofemoral joints, which receive a variable load from a hydraulic system, the cotyled cups of the prosthesis, subjected to the tests, being fixed in a prism-support and being in contact with a spherical head rod, characterized in that the support prisms (11) of the cotyled cups ( 6) are sliding vertically, in a guide (13) integral with the machine's rod, and the rods with spherical head (5) are fixed in the extension of the upper ends of cylindrical rods (4), whose lower ends are provided with some rollers (7) movable by treads (8), the cylindrical rods (4) being connected to some subassemblies (C, C ') for driving in a flexion-extension movement, resp. ectively, with a subassembly (D) of training in a movement of adduction-abduction, from some motor-reducers, through mechanisms with connecting rods.

2. Stand according to claim 1, characterized in that the drive sub-assemblies (C, C ') in a flexion-extension movement comprise two gear reducers (1), which actuate the cylindrical rods (4) by means of connecting rods. (3), having one end articulated on the rods and one end articulated on drive wheels (2) that take over the movement from the reducers.

3. Stand according to claim 1, characterized in that the drive assembly (D) in the adduction-abduction movement comprises a gear reducer (20) which transmits the movement to connecting rods (23), having the upper ends hinged on wheels. drives (22) coaxial, positioned on the ends of a motor shaft (21), and the lower ends articulated by a pair of rods (24), having the upper ends hinged cylindrically between them, and the lower ends fastened by some lower plates (10) ), which are oscillating around axial joints (18), provided in the lateral parts of the stand's construction and integral with the running ways (8).