Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 17

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  hip endoprosthesis
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
EN
The purpose is to analyze the influence of the elastic characteristics of the materials of the tribological pair: acetabular–femoral head on the maximum pressures in the hip joint endoprosthesis. Based on the proprietary calculation method of hip joint endoprostheses, an analysis of the impact of UHMW-PE elasticity characteristics (Young's modulus and Poisson's ratio) on the contact parameters was carried out: maximum contact pressure, and contact angle. The study determined the value of contact pressures depending on the changes in the elastic characteristics of UHMW-PE and changes in the geometry of the tribological pair (variable radii of the Grade2TDN head and the UHMW-PE acetabulum). It was found that increasing Young's modulus of UHMWPE increases its stiffness, which causes a noticeable increase in contact pressures in the endoprosthesis. The quantitative and qualitative regularities of this impact were determined. The developed method allows for earlier estimation of contact pressures depending on the external load (patient's body weight), and geometric parameters of the artificial hip joint (diameter of the endoprosthesis head and the acetabulum). This allows you to make a personalized endoprosthesis resistant to damage. It is very important in modern medicine because life expectancy in developed countries is longer and the durability of endoprostheses should be 10–12 years. Hospital statistics show that the need for total hip replacement concerns even younger people. Implantation of a hip joint prosthesis is an invasive and costly procedure, hence the need to produce prostheses with a long service life (over 15-20 years) before re-arthroplasty. The obtained test results showed that the use of an endoprosthesis cup made of UMHW-PE with higher stiffness (high E1 value and low ν value) results in an increase in maximum contact pressures p(0). Increasing the Poisson's ratio in the tested range causes an increase in the contact pressure p(0) even 1.1 times. Increasing the diameter of the head of the D2 endoprosthesis decreases the contact pressure by an average of 2.32 times. On the other hand, a change in the radial clearance  in the tribological pair of the hip endoprosthesis from 0.1 mm to 0.2 mm causes an increase in contact pressures by an average of 1.35 times.
2
Content available Study of Contact Pressures in Total Hip Replacement
EN
Total hip arthroplasty is a complex procedure. The achievements of implantology enabled the development of a faithful representation of hip joint physiology as well as the production of materials that can successfully replace damaged natural tissues. The challenge is to correctly select the geometry of the endoprosthesis adequate to the load of the joint. Materials used for endoprosthesis are a metal head and a polymer cup (e.g. PE-UHMW). The main interactions in the endoprosthesis are friction and contact pressure, which must not exceed their limit. Exceeding them causes the destruction of the biomechanical system - plastic deformation of the polymer that is too large and the formation of unacceptable radial clearances. The paper presents the author's empirical method of determining the contact pressures in the tribological pair of the acetabulum - the head of the hip joint endoprosthesis. Based on the obtained research results, it was shown that the developed method gives correct solutions to the contact problem and gives reliable results. The assumption for the work was to prove that empirical methods give correct solutions to contact problems on a par with simulation methods such as FEM. The aim of the work was to demonstrate the correctness of the author's empirical method for determining the maximum contact pressures. Based on the author's developed calculation method of hip joint endoprosthesis contact parameters, the impact on maximum contact pressure and the angle of contact of the joint load was estimated depending on the diameter of the endoprosthesis and radial clearance. The correctness of changing the values of maximum contact pressure from the mentioned parameters was determined. Correspondingly: an increase in joint load causes a linear increase in the maximum contact pressure; increasing the diameter of the endoprosthesis head - their non-linear decrease, and increasing radial clearance - their increase.
3
Content available remote Bone tissue loads around titanium femoral implant and coated with porous layer
EN
Purpose: Difference in the mechanical properties of bone and stiffer femoral implant causes bone tissue resorption, which may result in implant loosening and periprosthetic fractures. The introduction of porous material reduces the stiffness of the implant. The aim of the study was to analyse the influence of porous shell of femoral revision implant on bone tissue loading distribution with use the finite element method. Design/methodology/approach: Load transfer in the femur has been investigated using the finite element method (Ansys). Cementless implant models were placed in the anatomical femur model. Femur model included sponge bone and cortical bone. The solid implant was compared with the implant containing porous material in 70% in outer layer with a thickness of 2 mm. Load of 1500 N during gait was simulated. In addition, the forces of the ilio-tibial band and the abductor muscles were implemented, as well as the torque acting on the implant. Findings: Increase of stress for the porous model was found. The underload zones in bone have been reduced. Loading distribution was slightly more favourable, albeit rather in cortical bone. Stress value in cancellous bone around cementless implant margin has increased to a level that is dangerous for bone loss. Stress in the implant was not dangerous for damage. The stress distribution was different in the implant neck zone where the porous shell borne a little less load and high stress was shifted to the stiffer core. Research limitations/implications: Variable conditions for fitting the stem to the bone as well as the friction conditions were not investigated. Practical implications: Stress values in the spongy bone around the insertion edge of the cementless implant are consistent with long-term clinical results of the bone atrophy in 1 and 2 Gruen`s zones around the fully porous implants. Originality/value: The advantage of fully porous coated implant was the decrease of risk of trabecular bone tissue resorption around the implant tip and the increase of risk of trabecular bone tissue resorption around insertion edge of the implant.
PL
Celem prowadzonych badań było porównanie własności panewki nowej oraz po alloplastyce rewizyjnej przebywającej w organizmie człowieka przez 68 miesięcy. W ramach badań przeprowadzono analizę składu chemicznego, własności mechanicznych oraz fizykochemicznych. Własności te analizowano na podstawie badań z wykorzystaniem optycznej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem jarzeniowym, pomiarów twardości oraz badań potencjodynamicznych odporności na korozję wżerową i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej EIS. Badanie elektrochemiczne przeprowadzono w roztworze Ringera. Dodatkowo przeprowadzono analizę makroskopową powierzchni. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że badane panewki zostały wytworzone ze stali Cr-Ni-Mo spełniającej zalecenia normy ISO 5832-9. Wyniki pomiarów twardości ujawniły obszary o zróżnicowanym umocnieniu biomateriału panewki. Uzyskane parametry odporności korozyjnej dla panewki po implantacji były porównywalne do wartości uzyskanych dla panewki w stanie wyjściowym. Dodatkowo przeprowadzone badania EIS określiły charakter warstwy tlenkowej występującej na powierzchni implantu po usunięciu z organizmu. Wykazały one występowanie warstwy podwójnej stanowiące dobre zabezpieczenie biomateriału metalowego przed rozwojem niekorzystnych zjawisk korozyjnych. Natomiast przeprowadzone obserwacje makroskopowe ujawniły występowanie warstwy hydroksyapatytu na powierzchni panewki po 68-miesięcznym przebywaniu w organizmie. Podsumowując można stwierdzić, że przyczyną alloplastyki rewizyjnej był brak osteointegracji powierzchni zewnętrznej implantu spowodowany nierównomiernym przyleganiem implantu do powierzchni kości. Nie zaobserwowano jednak zmniejszenia odporności korozyjnej panewki po implantacji, co wskazuje na jej biokompatybilność w środowisku tkankowym.
EN
The aim of the research was to compare the properties of the new cup and the cup after alloplastic revision surgery which has been staying in the human body for 68 months. In the studies chemical composition, mechanical and physicochemical properties were analyzed. The properties were analyzed on the basis of studies of glow discharge atomic emission, measurements of hardness and potentiodynamic studies of resistance to pitting corrosion and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical research was conducted in Ringer’s solution. Additionally, analysis of the macroscopic surface was conducted. The results revealed that the cups were produced from high nitrogen stainless steel which chemical composition and mechanical properties met the requirements of the ISO 5832-9 standards. The results of hardness revealed areas with varied strengthening of the cup’s biomaterial. Parameters of the corrosion resistance for the cup after implantation were comparable to the values obtained for the cup in the initial state. Additionally, EIS study determined the nature of the oxide layer on the surface of the implant removed from the body. The results showed the existence of a double layer forming good protection of the metal biomaterial against corrosion. The performed macroscopic observation revealed the presence of hydroxyapatite on the surface of the cup after the 68 months in the body. We conclude that the reason for revision arthroplasty was the lack of osteointegration of the outer surface of the implant caused by non- -uniform adhesion of the implant to the bone surface. However, no reduction in corrosion resistance of the cup after implantation was observed which indicates its biocompatibility in the tissue environment.
PL
Przenoszenie się oddziaływania z jednej części endoprotezy na drugą następuje zazwyczaj poprzez bardzo nieznaczną w stosunku do wymiarów danej części powierzchnię styku. Materiał w okolicy powierzchni styku znajduje się pod działaniem przestrzennego stanu naprężeń, przy czym rozkład tych naprężeń jest nader złożony i można go wyznaczyć w oparciu o teorię sprężystości. Naprężenia te, występujące przy nacisku jednej części konstrukcji na drugą, nazywają się naprężeniami kontaktowymi.
EN
The interaction between the two parts of endoprosthesis takes place on a comparatively small contact surface. The material on that surface is under a spatial state of stress and stress distribution is very complex and can be designated only as elasticity theory. High stress caused by pressure between the two parts are called contact stress.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych biomateriałów metalowych takich jak: stopy tytanu WT3-1, WT22 oraz stopu CoCrMo poddanych modyfikacji warstwy wierzchniej. Badania przeprowadzono dla biomateriałów metalowych pokrytych warstwą TiN jak i utlenionych anodowo, stosowanych w endoprotezach stawu biodrowego i kolanowego.
EN
The paper presents the results of tribological tests of metal biomaterials, such as: titanium alloy WT3-1, WT22 and CoCrMo alloy, with modified surface layer. The tests were conducted for metal biomaterials with TiN layer and for anodized ones as well, which are used for knee and hip joints endoprostheses.
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych pary trącej "głowa-panewka" stanowiącej układ ruchowy endoprotezy stawu biodrowego, o średnicy głowy 44 mm. Zarówno głowa, jak i panewka zostały wykonane ze stopu CoCrMo. Badania przeprowadzono na symulatorze SBT-01 przy dwóch różnych kątach ustawienia panewki względem kierunku docisku głowy. Przedstawiono zależności momentu tarcia, siły docisku od kąta obrotu, porównano zużycie elementów oraz wartości pracy tarcia i temperatury dla obu zakresów kątowych. Pracę wykonano w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Instytutu Obróbki Plastycznej w Poznaniu.
EN
The article presents the results of tribological results of friction couple "head-cup" which is the system hip replacement, with a diameter of ?44 mm head. Both the head and the cup are made of CoCrMo alloy. The study was conducted on the simulator SBT-01 at two different cup rotation angle ranges to the head. The relations of moment of friction, normal load from the angle of rotation, compared to the wear and work of friction valuesand temperature ranges for both angle ranges. The work was performed at the Laboratory of Surface Engineering and Tribology in Metal Forming Institute in Poznan.
EN
This paper presents proposed new design solutions for hip endoprosthesis stems characterised by reduced stiffness as a result of application of internal lattice structures obtained using generative production techniques. The conducted analysis showed the possibility of achieving lattice structures inside implants as well as the possibility of controlling mechanical characteristics of the end forms of implants. It was demonstrated that the use of inner lattice structures resulted not only in reduced implant stiffness, but also in reduced formation of adverse cancellous tissue trabecular structures. The obtained results indicate that it is possible to obtain implant structures that are much less vulnerable to the stress shielding effect than traditional designs.
PL
W pracy przedstawiono nowe rozwiązania konstrukcyjne trzpieni endoprotezy stawu biodrowego charakteryzujące się obniżoną sztywnością uzyskana przez zastosowanie ażurowych konstrukcji wewnętrznych. Konstrukcje tego typu są otrzymywane przez zastosowanie generatywnych technik wytwarzania. Przeprowadzona analiza wykazała zarówno możliwość uzyskania konstrukcji ażurowych w bardzo szerokim zakresie jak również możliwość sterowania charakterystykami mechanicznymi końcowych postaci implantów. Wykazano, iż zastosowanie wewnętrznych konstrukcji ażurowych prowadzi nie tylko do zmniejszenia sztywności implantu, lecz również prowadzi do zmniejszenia efektu kształtowania się wokół implantu niekorzystnych struktur beleczek tkanki gąbczastej. Uzyskane wyniki wskazują na potencjalną możliwość uzyskania konstrukcji implantów w znacznie mniejszym stopniu narażonych na efekty "stress shieldingu" niż konstrukcje tradycyjne.
PL
Duże zapotrzebowanie na sztuczne zamienniki chorych stawów prowadzą do szybkiego rozwoju endoprotezoplastyki. Najczęściej spotykane problemy w tej dziedzinie są związane z ograniczoną czasową funkcjonalnością endoprotezy na skutek zużycia materiałowego elementów węzła tarciowego. W celu rozwiązania tych problemów pomocna może się okazać teoria smarowania elastohydrodynamicznego, która pozwala określić warunki smarowania w sztucznym stawie. W pracy porównano różne rozwiązania materiałowe stosowane na elementy par trących endoprotez, a także porowate spieki metaliczne.
EN
The great demand for artificial replacements of diseased joints has lead to a rapid development of endoprosthetics. The most common problems in that area have to do with the limited lifespan of endoprostheses due to the wear of friction pair elements. In order to resolve these problems, the theory of elastohydrodynamic lubrication can be applied. It allows determining the lubrication conditions in an artificial joint. In this work, different solutions for the materials of friction pairs of endoprostheses, such as the use of porous sintered metals, are compared.
PL
Przedstawiono metodykę tribologicznych badań materiałów i elementów endoprotez stawu biodrowego. Badania prowadzone są na dwóch etapach. Etap pierwszy dotyczy oceny różnych skojarzeń materiałowych pod względem oporów ruchu oraz badania odporności na zużycie za pomocą testera T-05 w styku rozłożonym. Etap drugi obejmuje badania tribologiczne par trących wytypowanych na pierwszym etapie pracy na symulatorze SBT-01 do badań elementów endoprotez stawu biodrowego. Symulator SBT-01 jest prototypowym urządzeniem badawczym zaprojektowanym i zbudowanym w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Instytutu Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Badania obejmują również analizę topografii i stanu powierzchni przed i po testach za pomocą profilometru, mikroskopu optycznego i SEM. W artykule zaprezentowano wyniki badań panewki z UHMWPE w skojarzeniu z głową ze stopu CoCrMo. Wyznaczono krzywe momentu tarcia, obliczono pracę tarcia dla pojedynczych cykli oraz określono zużycie elementów endoprotezy. Wyznaczono także ciepło wydzielone w procesie tarcia.
EN
This study contains the methodology of materials and hip endoprosthesis component investigations. Studies are realised in two stages. The first stage concerns the evaluation of the behaviour of material connections due to friction forces and wear resistance using a T-05 tester in distributed contact. The second stage contains tribological investigations of material connections in the hip simulator SBT-01 chosen in the first stage. The simulator is a prototype-testing machine designed and built in the Laboratory of Surface Engineering and Tribology of Metal Forming Institute. Research was extended to the analysis of surface topography and condition using a profilograph, optical microscope, and SEM. An examination of UHMWPE cup and CoCrMo alloy head was done. The authors have performed friction moments curves and calculated the work of friction for single cycles. In addition, the study obtained data on the wear of components and heat evolved in the friction process.
EN
Among the population over the age of 65 years joint diseases constitute more than 50% of chronic diseases and most often apply to the hip. Endoprosthetics is one of the methods for treating this condition and is considered one of the best - clinically and economically - interventions of the modern medicine. However, it is not free of complications among which the loosening of the endoprosthesis is commonest. In publications, a full discussion has been going on arguing whether the complication is caused by biological or mechanical factors. The authors - aiming to answer this question based on CT - tested the influence of the implantation of the acetabular component on the pelvic bone density in Hounsfield units within a 6-month period after the operation. The test results indicate the bone density decrease. The statistical analysis shows, however, that the changes are not statistically significant.
12
Content available remote Badania połączeń klejowych w endoprotezach stawu biodrowego
PL
W niniejszej pracy omówiono wyniki badań połączeń klejowych panewka endoprotezy/tkanka kostna. Przeprowadzono badania wytrzymałości połączeń na odrywanie w zależności od rodzaju zastosowanego kleju, a także badania wytrzymałości poszczególnych użytych do konstytuowania połączeń klejów na zginanie za pomocą aparatu typu Dynstat.
EN
In this work the test results of glue joints of acetabulum of the endoprothesis vs. osseous tissue have been discussed. The determination of joints' tear off strength depending on glue applied as well as their bending strength using Dynstat apparatus has been done.
PL
W pracy badaniu poddano endoprotezę stawu biodrowego, która uległa zniszczeniu po kilkuletnim okresie od wszczepienia. Zakres badań obejmował etapy trójwymiarowego modelowania układu trzpień-główka, ze szczególnym uwzględnieniem osadzenia gniazda w główce endoprotezy oraz ocenę wytrzymałościową konstrukcji z rozpatrywaniem warunków obciążenia. Przeprowadzono symulacje numeryczne pól naprężeń i odkształceń z oceną dopuszczalnych obciążeń celem weryfikacji poprawności rozwiązania.
EN
The objective of the study was to determine the reasons of endoprosthesis failure after several years since implantation. The range of the investigation included 3D modelling of endoprosthesis and femur and numerical simulation of stress-strain fields in the bone-endoprosthesis system. In the paper special emphasis was put on specific construction of the endoprosthesis head and on estimation of its construction strength. Numerical simulations of stress-strain fields in the endoprosthesis were done to assess correctness of the construction.
PL
W pracy podano podział panewek według różnych kryteriów. Omówiono ewolucję rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych układu ruchowego: głowa-panewka. Zwrócono uwagę na nowe rozwiązania panewek endoprotez. Podano wyniki badań oporów tarcia występujące w różnych typach endoprotez oraz wyniki pomiarów tarcia na symulatorach.
EN
In the paper a division of acetabulator cups according to the different criteria were given. Evolution in material and construction solutions of the motor system: head-acetabular cup was discussed. An attention was paid into the new solutions of endoprostheses cups. The test results of frictional resistance occurring in the different endoprostheses types and results of the tests carried out on the simulators were given.
PL
W pracy przedstawiono wyniki analizy mikroskopowej mechanizmu zużycia komponentów sztucznych stawów wykonanych z polietylenu o ultra wysokiej masie cząsteczkowej. Stwierdzono zróżnicowany mechanizm zużycia polietylenu w endoprotezach stawu biodrowego i kolanowego, wynikający z odmiennej konstrukcji i charakteru pracy sztucznego stawu. Zwrócono uwagę na obecność na nowych, polietylenowych elementach endoprotez wad wynikających z technologii ich wykonania i sprzyjających inicjacji procesu ich niszczenia.
EN
Results of microscopic analysis of artificial joint wear made of ultra high molecular weight polyethylene are presented in this work. Different mechanism of polyethylene wear in hip and knee endoprosthesis was stated, as a consequence of different construction and nature of functioning of artificial joint. Occurrence of process engineering defects in new parts of polyethylene endoprosthesis were observed. The defects can initiate destructive process in the endoprosthesis.
PL
W pracy omówiono znaczenie procesów tarcia i zużycia elementów sztucznego stawu. Przedstawiono różnice w tribologii stawu naturalnego i sztucznego. Omówiono problemy związane ze zużyciem polietylenu UHMWPE powszechnie stosowanego w endoprotezach. Zwrócono uwagę na zmiany własności mechanicznych UHMWPE w wyniku biodegradacji. Przedstawiono wyniki badań usuniętych w zabiegu reimplantacji polietylenowych elementów endoprotez z wykorzystaniem metody spektroskopii w IR. Podkreślono niekorzystne działanie powstałych w wyniku tarcia produktów zużycia na warunki biomechaniczne panujące w stawach. Pokazano przykłady uszkodzeń mechanicznych polietylenowych elementów endoprotez usuniętych w zabiegu reimplantacji a także wyniki badań mikroskopowych struktury ich powierzchni.
EN
In the paper significance friction and wear processes in endoprosthesis has been discussed. Differences between the natural and artificial joint have been shown. Ultra high molecular weight polyethylene is commonly used as a component of joint prostheses. Problem of wear UHMWPE has been presented. Attention has been paid to changes in the mechanical properties UHMWPE considering the biodegradation. UHMWPE of retrieved prosthesis components has been studied using IR spectroscopy. Effect of tissue reaction on products of friction and unfavourable changes in the biomechanical conditions considering the wear process have been stressed. Examples of wear and microstructure of retrieved polyethylene components of endoprosthesis have been presented.
EN
Implantation of hip and knee endoprostheses for injured human joints is more and more common surgical operation. Extremely high wear resistance of materials used for movable elements of endoprostheses is required. There is also a distinct effect of wear products on the disease changes in system: osseous tissue - acetabular cup. Results of the accounts of stress and strain distribution in the system: "head - acetabular cup" have been presented. Influence of the load (body weight) on stress and strain distribution has been shown.
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.