Vývoj součinitele tření a mazacího filmu v implantátu kolenní náhrady v průběhu cyklu chůze

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá experimentální analýzou součinitele tření a mazacího filmu u totální kolenní náhrady. Experimenty jsou provedeny na kolenním simulátoru, u kterého je v rámci řešení práce zkonstruován a implementován modul pro měření součinitele tření. Pro výzkum mazacího filmu je použita fluorescenční mikroskopie. Provedené experimenty jsou zaměřeny především na popsání vlivu jednotlivých parametrů, které nastávají při cyklu chůze. Tento přístup by měl výrazně pomoci při popisu tribologických procesů, které v kolenní náhradě nastávají. Výsledky potvrzují předešlé výzkumy z hlediska vlivu zatížení, kdy pro narůstající zátěžnou sílu součinitel tření klesá. Naopak pro mazací film není možné pozorovat větší změny v jeho tvorbě. Při výzkumu vlivu SRR dochází k rapidním rozdílům ve tvorbě mazacího filmu, kdežto součinitel tření se mění pouze v omezené míře. Popis celého cyklu chůze je možné provést s dostatečnou přesností pouze pro opěrnou fázi, jelikož za ní dochází poklesem zátěžné síly k velkým odchylkám. Představená diplomová práce svými výsledky rozšiřuje poznání v oblasti mazacího filmu u kolenních náhrad. Navíc díky možnosti současně pozorovat oba parametry je možné vyvozovat přesnější závěry, než kdyby experimenty proběhly odděleně.This master´s thesis deals with the experimental analysis of the coefficient of friction and lubrication film in total knee replacement. The experiments are performed on a knee joint simulator, with an implemented module for measuring friction. To observe film formation, fluorescent microscopy is used. The experiments are mainly focused on a detailed description of the influence of parameters occurring during the gait cycle. This approach should significantly help in describing the tribological processes that occur in the total knee replacement. The results confirm previous investigations in terms of axial load, where the coefficient of friction decreases with the increasing load. In the case of lubrication film, no significant changes are observed. On the contrary, while investigating the influence of SRR, noticeable changes in film formation are observed while the coefficient of friction being unaffected. While describing the whole gait cycle, precise results are obtained only in the first half of the cycle as the second half is accompanied by the occurrence of large deviations from a rapid decrease of load. This work provides a better understanding of the field of lubrication film in total knee replacements. Moreover, thanks to the simultaneous measurement of the coefficient of friction and the observation of the contact area, it is possible to draw better conclusions than if the experiments had been carried out separately.