Thermal characteristics of curing acrylic bone cement

• Published in: Innovation et technologie en biologie et médecine, une revue de technologie biomédical une revue de technologie biomédical, 2001, Vol.22 (2), p.88-97
• Main Authors: Dunne, N.J, Orr, J.F
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Biological and medical sciences; bone cement; ciment osseux; Medical sciences; mixing; mélange; Orthopedic surgery; propriétés thermiques; Surgery (general aspects). Transplantations, organ and tissue grafts. Graft diseases; thermal properties
• ISSN: 1297-9562; 1878-3600
• DOI: 10.1016/S1297-9562(01)90034-8

Commercial acrylic bone cements are supplied as two components, a polymer powder and a liquid monomer. Mixing of the two components is followed by a progressive polymerisation of the liquid monomer to yield a solid mass, a high level of heat being generated during this exothermic reaction. The exposure of bone to high temperatures has led to incidences of bone necrosis and tissue damage, ultimately resulting in failure of the prosthetic fixation. The aim of this study was to determine the thermal properties of various acrylic bone cements as they progress through their polymerisation cycles. It was also felt that there was a need to quantify variations in the curing characteristics as a function of preparing bone cement by different techniques, hand mixing and vacuum mixing. A number of parameters were calculated using the data gathered from the investigation; peak temperature, cure temperature, cure time, and the cumulative thermal necrosis damage index. Observing the thermal characteristics of the polymethyl methacrylate bone cements assessed, it was found that particular formulations of bone cements are suited to certain m xing methodologies. It is vital that a full investigation is conducted on a cement mixing/delivery system prior to its introduction into the orthopaedic market. Le ciments acryliques osseux disponibles sur le marché sont fournis en deux composantes, une poudre de polymère et un liquide monomère. Le mélange de ces deux composantes est suivi par une réaction très exothermique de polymérisation progressive du liquide monomère pour devenir une masse solide. L'exposition de l'os à ces hautes températures a des conséquences sur la nécrose osseuse et la détérioration tissulaire, pouvant tendre finalement à l'échec de fixation de la prothèse. Le but de ce travail est de déterminer les propriétés thermiques de différents ciments acryliques et leur comportement lors de leur cycle de polymérisation. Une quantification des caractéristiques de la pose de prothèse est également réalisée en fonction du mode de préparation du ciment, manuelle ou par mélange sous vide. De nombreux paramètres sont calculés à partir de données expérimentales : température maximale, températures au cours de la mise en place de la prothèse, temps de la pose, index de détérioration nécrotique. L'observation des caratéristiques thermiques des ciments osseux polyméthyl-methacrylate étudiés a montré que ces formulations particulières étaient soumises à certaines méthodologies