Tribologia eliptycznych endoprotez stawu biodrowego

• Autorzy: Wierzcholski K.

Warianty tytułu

EN

Tribology of elliptical hip joint prosthesis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesne badania eksperymentalne wyposażone w mikroskopy najnowszej generacji potwierdzają, że głowy stawu biodrowego człowieka są z natury nie sferyczne lecz eliptyczne. Kształt elipsoidy jest formowany zazwyczaj cieńszą lub grubszą warstewką chrząstki stawowej na powierzchni głowy. Badania laboratoryjne potwierdzają, że warstewka chrząstki stawowej jest najszersza na górnym biegunie a najcieńsza na równiku. Przez górny biegun eliptycznej głowy a zarazem wzdłuż najdłuższej półosi elipsoidy przebiega oś szyjki uda. Ze względu na minimalną wartość oporów tarcia najkorzystniejszy jest obrót głowy kostnej biodra po kierunku równoleżnika, czyli po kierunku równika, ponieważ bryła elipsoidy kostnej jest obrotowa. Inne kierunki obrotu są również możliwe ale odznaczają się między innymi zwiększonymi oporami tarcia spowodowanymi minimalną różnicą długości półosi elipsy w przekrojowej płaszczyźnie obrotu elipsoidalnej głowy kostnej. Praca niniejsza przedstawia niektóre aspekty konstrukcji i eksploatacji w zakresie współpracy powierzchni eliptycznych endoprotezy stawu biodrowego, jak również omówione zostaną korzyści wynikające ze współpracy połowiczej endoprotezy eliptycznej z eliptyczną głową kostną. W przypadku zniszczonej panewki wszczepienie eliptycznej endoprotezy połowiczej panewki ułatwia współpracę z eliptyczną głową kostną.

EN

The presented paper shows and gives the reasons for the contemporary failures occurring in alloplastic (human hip joint prosthesis) performances such as the locally boosted friction forces and stresses and breaks of the prosthesis pin. This paper was motivated by the application of a spherical rather than elliptical head of a prosthesis that is not sufficiently adapted to the elliptical geometry of the natural acetabulum surfaces. The negative effects are enlarged by the stochastic standard effects occurring during the prosthesis exploitation. Numerous contemporary studies and experimental measurements regarding the human hip joints indicate that the femoral head is in fact naturally elliptical. Therefore, the elliptical head in hip prosthesis must be better adapted to the elliptical surface geometry of the natural acetabulum in comparison with the spherical head. Half prostheses of hip joints are applied when joint acetabulum cartilage is well maintained. In the half prosthesis, the head is welded to the spindle or seated to the pin. When acetabulum cartilage is worn (used), a complete prosthesis is implanted. The elliptical femoral prosthesis was designed to solve the problem of the relationship between the femoral prosthesis head and the anatomical acetabulum and to minimize the various incidence of wear protrusion and pain effects. Performed clinical tests indicate that elliptical prosthesis heads have the most advanced technological shapes, because they are based on the anatomy and biomechanics features of the natural human hip joint. The biomechanics of an elliptical head femoral prosthesis can be taken as the appropriate shape in respect to the treatment of medical fractures of the neck of the femur. Taking into account the hydrodynamic theory of the lubrication of cooperating surfaces, we must find pressure distributions, friction forces, friction coefficients, and wear. To prepare these calculations, we first determine and calculate the fields of the regions of lubrication on the internal surface lying on the elliptical femoral prosthesis (i.e. acetabulum) and on the external elliptical surface of the artificial bone or femoral head.

Słowa kluczowe

PL

eliptyczna głowa kostna; eliptyczna endoproteza połowicza stawu biodrowego; konstrukcje; tribologia współpracujących powierzchni; eksploatacja

EN

elliptical bone head; elliptical half prosthesis for hip joint; constructions; tribology of cooperating surfaces; exploitation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 2
• Strony: 167--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.

• Politechnika Koszalińska, Instytut Technologii i Edukacji, ul. Śniadeckich 2, 75-453 Koszalin, Polska

Bibliografia

• 1. Borkowski P., Kędzior K., Pawlikowski M., Skalski K.: Expandable non-invasive endoprostheses for growing patients. Proc. 7th ICB Polish-Japan Seminar on Technologies In Future Artificial Organs, ICB no. 66, 2005, 71-79.
• 2. Cathcard R.F.: The shape of the femoral head and preliminary results of clinical use of non-spherical hip prosthesis. Journal of Bone and Joint Surgery 1972, 54 A, 1559.
• 3. Cwanek J.: The usability of the surface geometry parameters for the evaluation of the artificial hip joint wear. Rzeszów University Press, Rzeszów 2009.
• 4. Dąbrowski M., Pawlikowski M.: Ocena rozwiązania konstrukcyjnego implantowanej endoprotezy stawu biodrowego. Materiały Konferencyjne Majówka Młodych Biomechaników, 2008, 35-40.
• 5. Fischer L.P., Oliver H.: Les prothese femorales simples. Revue Cir. Orthop. 1979, 4, 125.
• 6. Gaździk T.: Podstawy ortopedii i raumatologii narządu ruchu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001.
• 7. Kennedy W.R.: Treating femoral neck fractures with the Cathcard prosthesis-a preliminary report, Contemporary Orthopeadics 1982, 4, 1-6.
• 8. Kummer B.: Anatomie fonctionelle et biomechanique de la hanche. Acta Orthop. Belg. 1978, 44, 94.
• 9. Markolf K.L., Amstutz H.C.: Compressive deformations of the acetabular during the in vitro loading., Clin. Orthoped. 1983, 172-284.
• 10. Molfetta L., Pipino F.: Anatomia e biomeccanica dell' acetabolo, Arch. Ortop. Reumat. 1989, 102-167.
• 11. Pipino F., Molfetta L.: The elliptical femoral prosthesis, Hip International, vol. 1, No. 1, 1991, 39-44.
• 12. Simone C., Patella V., Moretti B., Molfetta L., Pesce V., Vavalle G.: Short term clinical results with an elliptical femoral prosthesis, Hip international, Vol. 5, No. 1, 1995, 15-19.
• 13. Vanderdriiessche F., Verdonk R., Van Dooren J., Claessens H.: The Augustin Moore Prosthesis- a long term follow up. Acta Orthop. Belgica, 1983, 49, 483.
• 14. Wierzcholski K.: Stochastic impulsive pressure calculations for time dependent human hip joint lubrication, Acta of Bioengineering and Biomechanics, Vol. 14, No. 4, 2012, 81-100.