163 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
163
В настоящее время в современной медицине эндопротезирование суставов по праву считается
наиболее эффективным способом восстановить функции скелетно-двигательного аппарата человече-
ского тела. Износ суставов существенно снижает качество жизни человека с возрастом, а по частоте
повреждений и заболеваний коленный сустав занимает второе место после суставов кисти [1]. По
данным сводной статистики травмы коленного сустава составляют 4,1 - 4,9% от числа других повре-
ждений опорно-двигательной системы. После проведенной операции и последующего реабилитаци-
онного процесса пациент полностью избавляется от болезненных ощущений и возвращается к полно-
ценному образу жизни.
Современные модели эндопротезов коленного сустава по количеству восстанавливаемых сус-
тавных поверхностей можно разделить на тотальные одномыщелковые и эндопроезы бедрено-
надколенникового сочленения: тотальные, одномыщелковые (предназначены для восстановления
внутреннего или наружного отдела бедренно-большеберцового сочленения); эндопротезы бедренно-
надколенникового сочленения [1]. Условия для тестирования и сертфикации эндопротезов описаны в
международном стандарте ISO14243-1. Данный стандарт определяет относительное угловое переме-
щение при сгибании/разгибании между сочлененными компонентами, конфигурацию применяемой
силы, скорости и длительности испытания, геометрию образца и параметры среды тестирования при
испытании тотальных протезов коленного сустава на износ.
Существующие на сегодняшний день фирмы занимаются созданием и сертификацией эндо-
протезов коленного сустава. Устройства некоторых фирм позволяют производить тестирование од-
новременно до 4 эндопротезов. Особенностью этих машин является возможность производить испы-
тания, имитируя различные процессы жизнедеятельности, такие как: ходьба, бег, поднятие по лест-
нице и т.д. Данные возможности осуществляются за счет наличия модулей с ЧПУ. Это позволяет
полностью автоматизировать процесс испытаний и облегчает процесс переналадки. Кроме того, дан-
ные аппараты позволяют производить испытания образцов различных типоразмеров. Существующие
типы машин, полностью отвечают стандарту ISO 14243-1 и предназначены для тестирования, серти-
фикации эндопротезов, поставляемых на рынок услуг. Однако, стоимость таких машин очень велика.
Поэтому, на этапе разработки новых конструкций протезов, выбора материала изделия, на производ-
стве необходимо наличие машины для проведения оценочных испытаний в условиях приближенных
к требованиям ISO 14243-1.
Для этого в данной работе рассмотрены вопросы проектирования подобного рода машины,
позволяющую при сравнительно небольших затратах в производственных условиях оценить качество
проектируемого изделия.
Методика испытаний эндопротезов. На базе ISO 14243-1 в России создан ГОСТ Р ИСО 14243-
1 [2], описывающий параметры нагружения и смещения тотального протеза коленного сустава, ими-
тируя при этом нормальную ходьбу человека. На рисунке 1 представлено действие сил, моментов и
перемещений для системы тотального замещения левого коленного сустава.
Рис. 1. Виды нагружений по ГОСТ 14243-1 [2]
1— сгибание (бедренного компонента); 2 — большеберцовая ротация, момент большеберцовой ротации;
3 — ПЗ смещение большеберцовым компонентом, ПЗ сила, прикладываемая к большеберцовому компоненту;
4 — осевая сила («+» — положительная; «-» — отрицательная)
Максимальный угол сгибания при ходьбе человека равен 58̊. Большеберцовой ротацией назы-
вают внутреннее скручивание большеберцовой кости, расположенной между коленом и голеностоп-