آزمون خمش اسپاین چیست؟

آزمون خمش اسپاین (Spinal Bending Test) که در استاندارد ASTM F1717:2021 تعریف شده است، یک روش استاندارد مکانیکی برای ارزیابی عملکرد سامانه‌های تثبیت ستون فقرات نظیر پیچ‌ها، میله‌ها و قفسه‌های بین‌مهره‌ای می‌باشد. در این روش از یک مدل آزمایشگاهی موسوم به vertebrectomy model استفاده می‌شود که شرایط بحرانی حذف کامل جسم مهره و جایگزینی آن با ایمپلنت را شبیه‌سازی می‌کند.

ایمپلنت یا سیستم تثبیت ستون فقرات بین دو بلوک شبیه‌ساز مهره نصب می‌شود و سپس تحت بارگذاری خمشی قرار می‌گیرد. این بارگذاری می‌تواند به‌صورت استاتیکی (اعمال بار تا شکست یا تغییر شکل غیرمجاز) و یا خستگی (اعمال بارهای چرخه‌ای برای بررسی طول عمر مکانیکی) انجام شود.نتایج تست خمش اسپاین شامل تعیین مقاومت خمشی، سفتی سازه، میزان تغییر شکل، حد تحمل شکست و دوام خستگی ایمپلنت است.

هدف اصلی آزمون خمش اسپاین ایجاد شرایط تکرارپذیر و قابل مقایسه برای ارزیابی طراحی‌ها و مواد مختلف ایمپلنت‌ها در محیط آزمایشگاهی می‌باشد. با این حال، باید توجه داشت که نتایج به دست آمده صرفاً بیانگر رفتار مکانیکی در شرایط شبیه‌سازی‌شده بوده و معادل مستقیم عملکرد بالینی در بدن بیمار محسوب نمی‌شود.

جهت دریافت خدمات و مشاوره رایگان با نیکوفامد تماس بگیرید.

مراحل انجام آزمون خمش اسپاین

آماده‌سازی اولیه

هدف از این مرحله مشخص کردن دامنه، هدف و شرایط آزمون  است که شامل تعیین نوع آزمون (استاتیک یا خستگی)، شرایط محیطی و مدل شبیه‌سازی ستون فقرات است. در ASTM F1717، مدل vertebrectomy به‌عنوان مرجع استفاده می‌شود که در آن بخش قدامی ستون فقرات حذف شده و ایمپلنت بین دو بلوک شبیه‌ساز قرار می‌گیرد. آماده‌سازی صحیح مرحله اول، پایه‌ای برای همه مراحل بعدی است تا نتایج قابل تکرار و قابل مقایسه باشد.

 تهیه و آماده‌سازی نمونه‌ها

هدف از این مرحله اطمینان از صحت هندسی و سازگاری نمونه‌ها با استاندارد است که شامل انتخاب بلوک‌های UHMWPE یا مواد مشابه برای شبیه‌سازی استخوان، تعیین طول فعال (Active Length) بین نقاط اتصال بالایی و پایینی ایمپلنت و ایجاد vertebrectomy برای شبیه‌سازی شرایط کلینیکی حذف بخش قدامی است.این مرحله تضمین می‌کند که بارگذاری و استرس‌ها روی ایمپلنت مشابه شرایط واقعی باشند و داده‌ها قابل تفسیر باشند.

 مونتاژ سازه

هدف از این مرحله نصب ایمپلنت و اتصال آن به بلوک‌ها به‌صورت دقیق و استاندارد است که در این مرحله پیچ‌ها و anchors طبق دستور سازنده و با گشتاور مشخص نصب می‌شوند، میله‌ها (rods) بین anchors قرار گرفته و set-screws محکم می‌شوند و مونتاژ دقیق باعث می‌شود توزیع بار واقعی باشد و نتایج آزمون دقیق و قابل اعتماد باشند.

 اندازه‌گیری و ثبت پارامترهای پیش‌آزمون

هدف از این مرحله تست خمش اسپاین ثبت داده‌های پایه برای تحلیل دقیق نتایج است که شامل اندازه‌گیری طول فعال، طول بیرون‌زده پیچ‌ها، فاصله اهرم تا محور بارگذاری، گشتاور set-screws و ابعاد بلوک‌ها و کالیبراسیون دستگاه‌ها و صفر کردن حسگرها است که این اطلاعات در تحلیل و مقایسه نتایج اهمیت دارد و تکرارپذیری آزمون را تضمین می‌کند.

 آزمون استاتیک خمش

هدف این مرحله تعیین خواص مکانیکی پایه ایمپلنت تحت بارگذاری خمش است که شامل این موارد می شود:

• بارگذاری تحت کنترل جابه‌جایی با نرخ استاندارد (مثلاً ≤ 25 mm/min).
• ثبت منحنی بار–جابجایی تا بار تسلیم یا بار نهایی.
• استخراج پارامترهایی مانند سختی خمش، بار تسلیم و جابجایی متناظر با ۲٪ offset.
  این مرحله مقاومت سازه را در شرایط استاتیک مشخص می‌کند و پایه‌ای برای طراحی بارهای خستگی است.

آزمون استاتیک خمش کششی و تورسیون

هدف این مرحله ارزیابی رفتار ایمپلنت در حالت‌های دیگر بارگذاری است که شامل این موارد می شود:

• اعمال بار خمش کششی و گشتاور تورسیون مطابق استاندارد.
• ثبت منحنی گشتاور–زاویه و محاسبه پارامترهای تسلیم و سختی تورسیونی.
  این داده‌ها نشان می‌دهند ایمپلنت تحت انواع بارگذاری‌های بالینی چگونه رفتار می‌کند و نقاط ضعف طراحی مشخص می‌شوند.

 آزمون خستگی

هدف ارزیابی دوام ایمپلنت در طولانی‌مدت و زیر بارهای متناوب است که این موارد بررسی می شوند:

• انتخاب بار خستگی به‌صورت درصدی از بار نهایی استاتیک (معمولاً 50–75٪).
• بارگذاری دینامیک سینوسی با نسبت بار مشخص و فرکانس ≤ 5 Hz.
• ادامه تا شکست یا رسیدن به چرخه “run-out” (۵ میلیون سیکل).
• رسم منحنی S–N و تعیین نقطه دوام (endurance limit).

این آزمون پیش‌بینی می‌کند ایمپلنت در طولانی‌مدت و در شرایط واقعی بالینی چگونه عمل خواهد کرد.

 ثبت شکست و تحلیل

هدف این مرحله از تست خمش اسپاین، شناسایی مکان و نوع شکست برای تحلیل مکانیکی است که شامل ثبت محل شکست (میله، پیچ، set-screw) و عکس‌برداری و بررسی الگوی شکست و تمرکز تنش‌ها است.این مرحله به طراحان و پژوهشگران کمک می‌کند تا نقاط ضعف ایمپلنت را شناسایی و اصلاح کنند.

 محاسبات و گزارش نهایی

داده‌های استاتیک و خستگی شامل بار تسلیم، سختی خمش، جابجایی تسلیم، و چرخه تا شکست تحلیل می شوند که شامل گزارش مشخصات نمونه‌ها، شرایط محیطی و حالت شکست است.این مرحله تضمین می‌کند داده‌ها قابل استفاده در ارزیابی کیفیت و استانداردسازی باشند.

آزمایشگاه همکار نیکوفارمد با دارابودن گواهینامه بین‌المللی ISO/IEC 17025، توانایی انجام آزمون خمش ستون فقرات (Spinal Bending Test) مطابق استاندارد ASTM F1717:2021 را دارا می‌باشد. نیکوفارمد با بهره‌گیری از تجهیزات پیشرفته و رعایت دقیق پروتکل‌های استاندارد، امکان ارزیابی استحکام مکانیکی، سختی خمش و رفتار خستگی ایمپلنت‌های ستون فقرات را فراهم می‌سازد و نتایج حاصل، دارای اعتبار فنی و استاندارد بین‌المللی است.