Estimation of the primary stability of the press-fit and screwed-in acetabular components after hip joint arthroplasty

Abstract

1 ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины» 2 ГУ «Институт технической механики НАН и ГКА Украины», Днепр Ендопротезування є одним із найбільш ефективних та розповсюджених методів лікування дегенеративних захворювань і травм кульшового суглоба (КС), проте відмічено зростання кількості ревізійних втручань, пов'язаних із нестабільністю ендопротеза, зокрема чашки, та проб лемами пари тертя. Мета: оцінити за допомогою біомеханічних методів первинну стабільність ацетабулярних компонентів, які загвинчуються та запресовуються, після ендопротезування КС. Методи: для оцінювання напруженодеформованого стану (НДС) субхондральної та спонгіозної тканин в ділянці кульшової западини під дією навантаження 1000 Н розроблено спрощену розрахункову схему здорового КС та моделі системи «кістка -чашкавкладиш -головка ендопротеза» з використанням методу кінцевих елементів. Вивчено чашки, які запресовуються та загвинчуються. Результати: у здоровому КС відсутні будьякі концентратори напружень. Максимальні значення НДС становлять 0,09 МПа за міцності спонгіозної кісткової тканини 12,17 МПа. Найбільш напруженою часткою субхондральной кістки є ділянка даху -16,24 МПа за її міцності 150-200 МПа. У разі використання чашки, яка запресовується, виявлено збільшення напруження спонгіозної тканини в 4 ÷ 5 разів, а субхондральної на вході в кульшову западину -у 2 ÷ 3 рази. За умов застосування чашок, які загвинчують, передавання навантаження на тазову кістку найбільш наближене до здорового суглоба. Невеликі локальні концентратори напружень у спонгіозній тканині виникають у зоні контакту різьбового пера з субхондральною та спонгіозною тканинами і на відстані 1 мм їх значення знижується у 2-3 рази і не перевищує 0,3 МПа. Висновки: використання загвинчувальної чашки має переваги, особливо за умов остеопорозу, оскільки після її імплантації навантаження на кісткову тканину таза наближено до НДС здорового КС. Ключові слова: кульшовий суглоб, ендопротезування, ацетабулярный компонент, метод кінцевих елементів, напруженодеформований стан. © Лоскутов О. А., Науменко Н. Е., Лоскутов А. Е. и др., 2017Arthroplasty is one of the most common and effective treatments for degenerative diseases and injuries of the hip joint, but marked increase in the number of revision procedures associated with instability of the implant, including cups, and a pair of friction problems. Objective: using biomechanical methods to evaluate the primary acetabular stability with screwing up and pressfit components. Methods: to evaluate the stressstrain state and subchondral spongy tissues in the acetabular zone under load of 1000 H, developed a simplified design scheme of the hip joint and healthy model of «bone -cup -inserthead» implant using finite element method. Pressfit and that screwing up cups were studied. Results: in healthy hip joint any stress concentrators are absent. Maximum values are 0.09 MPa stressstrain state on the strength of spongy bone tissue 12.17 MPa. The most strenous share of subchondral bone is part of the roof -16.24 MPa for her strength of 150-2...

Biomechanical rationale for acetubalar component selection for total hip replacement in patients with dysplastic coxarthrosis

“…Для сравнительного анализа первичной стабильности фиксации ввинчиваемой и запрессовываемой чашек ЭТС разработана упрощенная геометрическая модель ТБС и на ее основе рассмотрены два варианта фиксации путем ввинчивания и запрессовывания титановых чашек одинакового диаметра в ложе ВВ при осевой нагрузке на ТБС 1000 Н [9]. Для оценки степени стабильности их фиксации и микроподвижности при различных СД ВВ разработаны с использованием метода конечных элементов расчетные модели взаимодействия фрагмента кости в области ВВ с ацетабулярным компонентом, который за-прессовывается или ввинчивается, и построена геометрическая конфигурация рассматриваемых систем.…”

“…Для оценки степени стабильности их фиксации и микроподвижности при различных СД ВВ разработаны с использованием метода конечных элементов расчетные модели взаимодействия фрагмента кости в области ВВ с ацетабулярным компонентом, который за-прессовывается или ввинчивается, и построена геометрическая конфигурация рассматриваемых систем. При построении модели выбраны объемные тетраэдральные десятиузловые конечные элементы с характерным размером ребра 3 мм [9].…”