假體裝置越來越多地出現(xiàn)在現(xiàn)代外科手術(shù)中,多用來彌補和矯正殘疾缺陷,起到類似骨骼結(jié)構(gòu)的功能。
假體裝置運用在許多身體部位(髖、膝、肩、脛骨、脊椎、脊柱、牙齒等),形狀和材質(zhì)各異,但有一個共同點,即制造精度高。實際上將假體植入人體是一項難度很高的手術(shù),不允許有任何的不精確,否則會導(dǎo)致功能障礙、疼痛和過早磨損。
在整個制造過程中,必須精確控制材料和尺寸特征,以確保生產(chǎn)出的成品沒有缺陷,并具有可追溯性。由于假體為批量生產(chǎn),因此必須為生產(chǎn)設(shè)備配備測量和控制設(shè)備,以便完全控制產(chǎn)出零件的所有物理特性。
1.測量分析
3D尺寸測量
最通用的尺寸測量工具是三坐標(biāo)測量機,它能以高精度(微米范疇)測量簡單和復(fù)雜的三維形狀。例如,股骨頭和臼殼(或內(nèi)襯)的測量就需要這種級別的精度,這樣才能確保精準(zhǔn)裝配,從而保障關(guān)節(jié)假體的正常功能。測量股骨柄等不規(guī)則幾何形狀時,也是如此。
三坐標(biāo)測量機可結(jié)合不同的點采集技術(shù),具體分為兩大類:接觸測量(觸發(fā)或掃描式測頭)和非接觸測量(激光、影像、干涉測量等)。在這兩種情況下,都可選用點到點或連續(xù)掃描的測量模式。
再將采集的測量數(shù)據(jù)由算法進行處理得到點云,并與使用公稱值和公差的幾何形狀特征量或與理論的3D數(shù)模進行比較。差異可用圖形表示,以直觀的形式展現(xiàn)生產(chǎn)的部件與數(shù)模之間的偏差。
影像分析測量
影像分析設(shè)備主要由視頻傳感器、多個光學(xué)放大裝置及相關(guān)聯(lián)的照明裝置組成,可測量用其他方式難以測量的部件。影像測量尤其適合用于控制止動件、緊固件和螺釘座等對植入物磨損影響較大的部件。
此外,影像分析設(shè)備還支持測繪。通過測繪可研究表面的三維數(shù)字化。
例如,在植入螺釘時對螺釘座進行分析。
表面粗糙度是部件的一個尺寸標(biāo)注要素,反映了加工表面的功能、粗糙度、幾何形狀和外觀。兩個相對運動的機械元件之間的連接件的質(zhì)量主要受表面粗糙度影響。例如,髖關(guān)節(jié)假體的使用壽命與構(gòu)成關(guān)節(jié)的表面的特征密切相關(guān)。
表面狀態(tài)的特征通過標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)表示,可分為兩種類型:直線和表面。
表面粗糙度用粗糙度儀測量,粗糙度儀的檢出器上裝有針尖半徑為幾微米(通常為2μm)的金剛石針尖。粗糙度與表面的幾何微觀缺陷有關(guān)。表面區(qū)域通常利用干涉測量和共焦測量等非接觸式技術(shù)進行測量。
支承面是影響關(guān)節(jié)假體使用壽命的決定性因素。硬度測量機可檢測多種元件的抵抗能力。與表面測量結(jié)合后,可用于表面接觸磨損的評價。
硬度測量依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn),使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的硬度試驗機,在一定的載荷下按照精確的控制進行。最后可根據(jù)留下的痕跡確定硬度值。
精密測量技術(shù)不僅在骨科方面被需求著,在診斷、治療和醫(yī)藥領(lǐng)域也多有應(yīng)用,諸如注射器、醫(yī)藥、CT機等。高品質(zhì)的醫(yī)療,更需要一絲不茍的精神。
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