Wpływ kształtu endoprotezy na stan wytężenia i odkształcenia kości udowej

• Autorzy: John A. , Duda M. , Kokot G.

Warianty tytułu

EN

The influance of shape endoprosthesis on state of stress and strain of femur

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wstępne wyniki analizy wariantowej kształtu endoprotezy. Ustalenie optymalnego kształtu ma zasadniczy wpływ na rozkład odkształceń i naprężeń, jak również na sztywność całego układu endoproteza-kość udowa. Modele kości udowych i endoprotez zostały stworzone z wykorzystaniem oprogramowania do obrazowania medycznego oraz oprogramowania do modelowania CAD. Endoproteza została zaprojektowana jako anatomiczna bezcementowa ze względu na silną krzywiznę osobniczą badanej kości udowej oraz jako model parametryczny ze względu na zapewnienie łatwego sterowania kształtem endoprotezy. Układy endoproteza-kość udowa, jak również kość udowa przed zabiegiem alloplastyki, zostały obciążone siłą mięśniową pochodzącą od mięśnia gluteusmedius [7]oraz siłą odpowiadającej masie górnej części ciała, tj.600N. Zadania były rozwiązywane w zakresie liniowo-sprężystym metodą elementów skończonych. Ze względu na określenie wpływu sposobu modelowania materiału struktur anatomicznych na otrzymane wyniki odkształceń i naprężeń przyjęto rozkład materiałowy jednorodny i niejednorodny.

EN

In this paper the preliminary analysis of shape of endoprosthesis on effort state of femur after alloplasty has been shown. Creating the prosthesis the control of bone's remodelling is possible by appropriate distribution of forces, especially in contact area. The important problem is to determine to what extent the shape of endoprosthesis influences bones' state. The parametric model of endoprosthesis was implanted into femur. In the next step FEM models were created and the analyses were conducted. The prosthesis was loaded by force corresponding to upper body's weight. The isotropic homogenous and heterogeneous material was used in model in order to specify the influence of the material properties on distributions of forces in contact area. The different values of materials data for the heterogeneous material (Young's modulus E) were establish by conversion of gray values of tomographic images.

Słowa kluczowe

PL

endoproteza; kość udowa; CAD

EN

endoprosthese; femur; CAD

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 13, nr 44
• Strony: 117--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

John A.

autor

Duda M.

autor

Kokot G.

• Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• 1. Ruben R.B., Folgado J., Fernandes P.R. : Three - dimensional shape optimization of hip prostheses us in gamulticriteria formulation. “ Struct Multidisk Optim ” 2007, p. 261 - 275.
• 2. Herzwurm PJ . , Simpson S . , Duffin S . , Oswald SG . , Ebert FR .: Thigh pain and total hip arthroplasty. “ Clin Orthop Relat Res .” 1997, p. 156 – 161 .
• 3. Będziński R.: Biomechanika inżynierska: zagadnienia wybrane. Wrocław: Ofic. Wyd. Pol. Wrocł., 1997.
• 4. Yongtae J., Kuiwoon Ch. : Design of patient - specific hip implants based on the 3D geometry of the human femur. In: “ Advances in Engineering Software ” 2010, Vol. 41, Iss. 4, p. 537 - 547.
• 5. Breusch S. J., Malchau H. : The well - cemented total hip arthroplasty. 2.2 Operative steps: femur; 5.2 Bone preparation: femur. “ Springer Med i zinVerlag ” 2005, p. 28 - 37 , p. 125 - 141.
• 6. Trabelsi N. ,Yosibash Z. , Wutte Ch. , Augat P. , E berle S.: Patient - specific finite element analysis of the human femur — a double - blinded biomechanical validation . „ Journal of Biomechanics ”, 2011 , Vol. 44 ,Iss. 9, p. 1666 – 1672 .
• 7. Więckowski W. : Stress state analysis in the femur after the implantation of the anatomical centega type stem. “ Bio - algorithms and med - systems ” 2006, t. 2, No. 3, p. 49 – 61.
• 8. Koivumaki J.E.M., Thevenot J. : Does femoral strain distribution coincide with the occurrence of cervical versus trochanteric hip fractures? An experimental finite element study. “ Med Biol Eng Comput .” 2010, Vol. 48, Iss. 7, p. 711 - 71 7.
• 9. John A., Duda M. : Simulation of human gait for orthotropic model of pelvis - femur set. In: Short papers of 19 th Conference on Computer Methods i n Mechanics CMM 2011 . Warszawa 2011 , p. 227 - 229 .
• 10. Hung - Wen W., Shih - Sheng S. : The influence of mechanical properties of subchondral plate, femoral head and neck on dynamic stress distribution of the articular cartilage. “ Medical Engineering & Physics ” 2005, Vol. 27, Iss. 4, p. 195 - 304 .
• 11. Mimics Materialise Help, Material Data Assignment.
• 12. Cowin S.C.: Bone Mechanics. CRC Press LLC, 2001. Chapter 15.6.2, p. 420 – 421.
• 13. Rho J.Y., Hobatho M.C., Ashman R.B. : Relations of mechanical properties to density and CT number in human bone.“ Medical Engineering & Physics”1995, Vol. 17, Iss. 5, p. 347 - 355.
• 14. Mamadou T. B., Prasanth B.N, Browne M. : Mesh morphing for finite analysis of implant positioning in cementless total hip replacements. “ Medical Engineering & Physics ” 2009, Vol. 31, , Iss. 10, p. 1235 - 1243.
• 15. Reggani B. : Simulation models in biomechanics and experimental mechanics. Ph.D . Thesis, University degli Studi di Bologna, Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia, 2007, p. 32 - 34.
• 16. John A., Wysota P. : QCT as a base of computer aided diagnosis of osteoporotical Changes, Computed Tomography - Clinical Applications ” 2012, Vol. 9, Chapter 9, p. 150 - 170.