Μέτρηση σκληρότητας και μέτρου ελαστικότητας στο σύστημα πορώδους τανταλίου - οστού

Abstract

Οι μεταλλικοί αφροί από πορώδες ταντάλιο χρησιμοποιούνται ευρέως τα τελευταία χρόνια σε ορθοπαιδικές εφαρμογές όπως ανάπλαση χόνδρου, οστικά υποκατάστατα και ολική αρθροπλαστική ισχίου. Ένα τέτοιο εμφύτευμα αποτελεί και η κεφαλή κοτύλης που μελετήθηκε, η οποία προήλθε από την εξαγωγή εμφυτεύματος ισχίου από γυναίκα ασθενή 43 ετών που υποβλήθηκε σε ολική αρθροπλαστική ισχίου στο Νοσοκομείο της Λάρισας, με τοποθέτηση κεφαλής κοτύλης από πορώδες ταντάλιο (Zimmer Warsow, Indiana). Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της μικροδομής εμφυτεύματος πορώδους τανταλίου, καθώς επίσης και ο προσδιορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού αυτού για να διαπιστωθεί η δυνατότητα ανάπτυξης οστού στην επιφάνειά του. Η βιβλιογραφία που αναφέρεται σε μελέτη του συστήματος πορώδους τανταλίου-οστού σε ανθρώπινα δείγματα είναι πολύ περιορισμένη, λόγω της δυσκολίας εύρεσης δειγμάτων, γεγονός που ενισχύει την πρωτοτυπία της παρούσας μελέτης. Στην παρούσα εργασία μετρήθηκε η σκληρότητα και το μέτρο ελαστικότητας του τανταλίου με μικροσκληρομέτρηση Κηοορ και με μέθοδο νανοδιείσδυσης. Επίσης, έγινε ταυτοποίηση του ιστού που είχε καλύψει την εξωτερική επιφάνεια της κοτύλης που μελετήθηκε, μέσω χημικής ανάλυσης (EDS) και μέτρησης μηχανικών ιδιοτήτων του. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα ταυτοποιήθηκε ο ιστός, ο οποίος αποτελεί σπογγώδες οστό. Επίσης, προσδιορίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του πορώδους τανταλίου και του οστού, οι οποίες είναι σύμφωνες με τις αντίστοιχες της βιβλιογραφίας. Η σκληρότητα του τανταλίου προσδιορίστηκε 3,7 GPa , ενώ του σπογγώδους οστού 272,4 MPa και το μέτρο ελαστικότητας του τανταλίου και του οστού 176 GPa και 8 GPa αντίστοιχα. Με την εφαρμογή εμπειρικών σχέσεων προέκυψαν οι ιδιότητες του πορώδους τανταλίου, η δυσκαμψία του οποίου βρέθηκε παρόμοια με αυτή του σπογγώδους οστού. Το βασικό συμπέρασμα που προέκυψε είναι η σύνδεση των ιδιοτήτων του υλικού του εμφυτεύματος με τη συμβατότητά του ως βιοϋλικό. Το παρόμοιο μέτρο ελαστικότητας και η πολύ μεγαλύτερη αντοχή του πορώδους τανταλίου σε σχέση με το οστό, το καθιστούν κατάλληλο βιοϋλικό εμφυτευμάτων ισχίου. Σύμφωνα με τα παραπάνω μπορούν να σχεδιαστούν εμφυτεύματα τανταλίου με διαφορετική μικροδομή ή και από άλλα βιοϋλικά με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες που να βελτιστοποιούν το σύστημα εμφυτεύματος - οστού.