Наукові конференції України, XVII ПРОГРЕСИВНА ТЕХНІКА, ТЕХНОЛОГІЯ та інженерна освіта

Розмір шрифту: 
ОЦІНКА ПОШКОДЖЕНЬ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ЗА ПОКАЗНИКАМИ ТВЕРДОСТІ
Ольга Станіславівна Мусієнко, Олександр Панасович Заховайко

Остання редакція: 2016-06-16

Тези доповіді


Одним з показників, що характеризує стан матеріалу та рівень його пошкодження є поверхнева твердість. Для виміру твердості матеріалів не біологічного походження (метали, пластмаси, гуми, композиційні матеріали) існує багато стандартних, неодноразово апробованих методів. Це, насамперед, методи Роквела, Бринеля та Вікерса для металів, метод Шора для гум та пластмас, інші стандартизовані методи. Всі ці методи основані на прямому або опосередкованому вимірюванні занурення жорсткого індентора у зразок матеріалу.

При цьому не звертається уваги на характер деформацій, що виникають у матеріалі в місці проникнення індентора у зразок. На наш погляд, тільки при вимірюванні твердості гум за методом Шора навколо індентора у матеріалі не виникають незворотні деформації. Решта методів приводить до того, що у вказаних місцях обов'язково виникають пластичні (незворотні, остаточні) деформації, які супроводжуються пошкодженням матеріалу. Таким чином, вищезазначені методи характеризують поведінку матеріалів не стільки в пружному, скільки у пластичному стані та не можуть бути використані для оцінки стану кісткових тканин (КТ) при реальних (відносно низьких) рівнях напружень.

Діагностичні методи, що можуть бути застосовані для оцінки стану КТ, у тому числі при проведенні хірургічних операцій, знаходяться у стані розробки . Наскільки нам відомо, стандартні методи вимірювання твердості КТ відсутні взагалі . Для впровадження зазначених методів в дослідницьку практику необхідно, насамперед, визначити характеристики твердості КТ, знайти способи вимірювання цих характеристик та відпрацювати методику експериментів.

У наших дослідженнях був використаний метод Лебедєва-Музики. Це експрес-метод оцінки якості металу, в якому за параметр стану метала прийнята не його твердість, а ступінь розсіювання чисел твердості при масових випробупаннях.

Дана робота є продовженням досліджень механічних характеристик КТ різного походження, що проводилась сумісно з хірургами - травматологами в лабораторії біомеханічних систем кафедри ДММ та ОМ НТУУ «КПІ» .

Для випробувань були використані фрагменти анатомічних об’єктів, які видалялися під час операції у постраждалих в результаті різних травм. Зразки підготовлювали до випробувань за допомогою шліфувального пристрою.

Для вимірювання твердості кісткової тканини були використані сталеві конічні індентори діаметром 1.30 мм з кутами конусів 45 та 300.

Сталеві стрижні - індентори нерухомо закріплювали у затискувачі, який був жорстко з'єднаний з динамометром випробувальної машини. Зразок КТ розміщували на проміжній скляній смужці, яку фіксували на предметному столику. Для точної установки (позиціонування) зразка використовували жорсткий предметний столик мікроскопа ММУ-3. Він дозволяє переміщувати зразок в площині, що перпендикулярна до осі навантаження, з точністю 0.1 мм

Зразок КТ  разом з додатковим обладнанням розміщувався на робочому столі випробувальної машини. В процесі навантаження контролювали зусилля в зразку та виникаючі при цьому деформації. Реєстрацію деформацій (глибину занурення індентора) проводили за допомогою системи вимірювання переміщень випробувальної машини TIRA-test з точністю ±10.0 мкм та за допомогою індикатора годинникового типу МИГ-1 з точністю ±1.0 мкм.

В процесі проникнення індентора записували діаграми що показують зв'язок між навантаженням, що передається на КТ через індентор, і глибиною проникненням індентора у КТ. Як правило,  діаграми мали лінійний характер. За  контрольну характеристику була прийнята питома деформація, що визначалася як відношення глибини проникнення індентора до прикладеного при цьому навантаження.

У результаті дослідів отримані нові дані про твердість КТ  різної структури, проаналізований вплив форми і розмірів індентора  на результати вимірювань, визначено оптимальну форму індентора. Встановлено, що вибір місця вимірювання може в значному ступені вплинути на розкид характеристик твердості КТ навіть на малій площі випробувалого зразка.