Stand for Tribological Studies of Hip Joint Endoprosthesis with the Possibility of Changing Acetabulum Anteversion Angle and Head Anti Torsion Angle

• Autorzy: Wiśniewski Tomasz , Libera Michał , Łapaj Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0016.1618

Warianty tytułu

PL

Stanowisko do badań tribologicznych endoprotez stawu biodrowego z możliwością zmiany kąta antewersji panewki i kąta antetorsji głowy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the construction of a hip joint movement simulator intended for friction and wear studies of hip joint endoprostheses. The endoprosthesis head is mounted on a special base in the lower position with a neck-shaft angle of 135°, while the acetabular cup of the endoprosthesis is mounted in the upper part in the mounting head with an inclination angle of 45°. The production of three heads (responsible for the anteversion angle of the acetabulum) and three special bases (responsible for the antitorsion angle of the head) with different fixing angles of the components of the hip joint endoprosthesis, made it possible to carry out tribological tests with nine variants of alignment settings. The hip joint endoprosthesis tester is designed to simulate the following movements: flexion and extension as well as loads occurring in the human hip joint while walking. The subject of friction and wear studies were hip joint endoprostheses with a head diameter of 44 mm, made of high-carbon Co28Cr6Mo alloy. For each of the nine variants of endoprosthesis component alignment settings, average values of the coefficient of friction were calculated based on the recorded values of the friction. torque.

PL

W artykule przedstawiono konstrukcję symulatora ruchu stawu biodrowego, przeznaczonego do badań tarciowo-zużyciowych endoprotez stawu biodrowego. Głowa endoprotezy mocowana jest na cokole w dolnym położeniu z kątem szyjkowo-trzonowym 135°, natomiast panewka endoprotezy zamontowana jest w górnej części w głowicy mocującej z zachowaniem kąta inklinacji 45°. Wykonanie trzech głowic (odpowiedzialnych za kąt antywersji panewki) oraz trzech cokołów (odpowiedzialnych za kąt antetorsji głowy) różniących się kątami osadzenia komponentów endoprotezy stawu biodrowego umożliwiło przeprowadzenie testów tribologicznych z dziewięcioma wariantami ustawień. Tester endoprotezy stawu biodrowego przeznaczony jest do symulacji ruchów: zgięcia i wyprostu oraz obciążeń występujących w stawie biodrowym człowieka podczas chodu. Przedmiotem badań tarciowo-zużyciowych były endoprotezy stawu biodrowego o średnicy głowy 44 mm, wykonane z wysokowęglowego stopu Co28Cr6Mo. Dla każdego z dziewięciu wariantów ustawień komponentów endoprotezy obliczone zostały średnie wartości współczynnika tarcia w oparciu o rejestrowane wartości momentu tarcia.

Słowa kluczowe

EN

hip joint movement simulator; endoprosthesis; wear; metal-metal contact

PL

symulator ruchu stawu biodrowego; endoproteza; zużycie; skojarzenie materiałowe metal–metal

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 4
• Strony: 103--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniewski Tomasz

• Łukasiewicz Research Network – Poznan Institute of Technology, Ewarysta Estkowskiego 6 Street, 61-755 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8112-8967

autor

Libera Michał

• Poznan University of Technology, Piotrowo 3 Street, 60-965 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2698-9227

autor

Łapaj Łukasz

• Department of General Orthopaedics, Musculoskeletal Oncology and Trauma Surgery, Poznan University of Medical Sciences, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5766-2924

Bibliografia

• 1. Hip and knee replacement. [ 11.05.2021]; Dostępny: https://www.oecd ilibrary.org/sites/2fc83b9a-en/index.html?itemId=/content/component/2fc83b9a-en.
• 2. Realizacja świadczeń endoprotezoplastyki stawowej w 2019 r. [11.05.2021]; Dostępny: http://www.nfz.gov.pl/download/gfx/nfz/pl/defaultstronaopisowa/349/47/1/realizacja_swiadczen_endoprotezoplastyki_stawowej_w_2019r.docx.
• 3. Cwanek, J., Przydatność parametrów struktury geometrii powierzchni do oceny stopnia zużycia sztucznych stawów biodrowych. 2009, Rzeszów: Wydawnictwo Uniwersytetu Rzeszowskiego.
• 4. Ciećkiewicz, A., Cwanek J.: Historia endoprotez stawu biodrowego do roku 1962. Problemy Nauk Stosowanych, 2014. 2: s. 131-142.
• 5. Wendland J., Gierzyńska-Dolna M., Rybak T., Wiśniewski T. Rajchel B. ,,Badania nad opracowaniem nowego biomateriału przeznaczonego na elementy endoprotez stawu biodrowego”, Obróbka Plastyczna Metali t. XX nr 2 (2009).
• 6. Wiśniewski T., Wielowiejska-Giertuga A., Rubach R., Łapaj Ł., Magda Ł.: ,,Badania tribologiczne endoprotez stawu biodrowego o skojarzeniu polietylen-metal na symulatorze stawu biodrowego”,,,Research on friction wear of hip joint endoprostheses of polyethylene-metal material combination on hip joint symulator”, Tribologia nr 5/2018 (str. 153-158).
• 7. Lewinnek, G.E., et al., Dislocations after total hip-replacement arthroplasties. J Bone Joint Surg Am, 1978 60(2): s. 217-220.
• 8. Engh, C.A., et al., A Prospective, Randomized Study of Cross-Linked and Non–Cross-Linked Polyethylene for Total Hip Arthroplasty at 10-Year Follow-Up. The Journal of Arthroplasty, 2012. 27(8,Supplement): s. 2-7.e1.
• 9. Bozic, K.J., et al., The epidemiology of revision total hip arthroplasty in the United States. J Bone Joint Surg Am, 2009. 91(1): s. 128-133.
• 10. Esposito, C.I., et al., Cup position alone does not predict risk of dislocation after hip arthroplasty. J Arthroplasty, 2015. 30(1): s. 109-113.
• 11. Chan, F.W., et al., Wear and Lubrication of Metal-on-Metal Hip Implants. Clinical Orthopaedics and Related Research (1976-2007), 1999. 369.
• 12. Affatato, S., et al., Larger diameter bearings reduce wear in metal-on-metal hip implants. Clin Orthop Relat Res, 2007. 456: s. 153-158.
• 13. Essner, A., K. Sutton, and A. Wang, Hip simulator wear comparison of metal-on-metal, ceramic-on-ceramic and crosslinked UHMWPE bearings. Wear, 2005. 259(7): s. 992-995.
• 14. Saikko, V., Effect of increased load on the wear of a large diameter metal-on-metal modular hip prosthesis with a high inclination angle of the acetabular cup. Tribology International, 2016. 96: s.149-154.
• 15. Haider, H., J.N. Weisenburger, and K.L. Garvin, Simultaneous measurement of friction and wear in hipsimulators. Proc Inst Mech Eng H, 2016. 230(5): s. 373-388.
• 16. Leshchynsky, V., Badanie tarcia sztucznych stawów biodrowych – przegląd. Obróbka Plastyczna Metali 2018 29(4): s. 381-398.
• 17. Saikko, V., Effect of wear, acetabular cup inclination angle, load and serum degradation on the frictionof a large diameter metal-on-metal hip prosthesis. Clinical Biomechanics, 2019. 63: s. 1-9.
• 18. Leslie, I., et al., Increased wear of hip surface replacements with high cupangle and head lateralisation in vitro. Journal of Biomechanics, 2008. 41: s. S6.
• 19. Leslie, I.J., et al., High cup angle and microseparation increase the wear of hip surface replacements.Clinical orthopaedics and related research, 2009. 467(9): s. 2259-2265.
• 20. Saikko, V., Adverse condition testing with hip simulators. Biotribology, 2015. 1-2: s. 2-10.
• 21. Saikko, V., et al., The effect of acetabular cup position on wear of a large-diameter metal-on-metal prosthesis studied with a hip joint simulator. Tribology International, 2013. 60: s. 70-76.
• 22. Gierzyńska-Dolna, M., Biotrybologia. 2002, Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej.
• 23. Randelli F., Banci L., Alessandro D’A., Visentin O., Randelli G.: Cementless metasul metal on-metal total hip arthroplasties at 13 years. The Journal of Arthroplasty 27 (2012) 186-192.
• 24. Patel B., Favero G., Inam F. et al.: Cobalt-based orthopedic alloys: Relationship between forming route, microstructure and tribological performance. Materials Science and Engineering 32 (2012) 1222-1229.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).