日本語AIでPubMedを検索
有限要素法を用いて，台形と円形の股関節インプラントの摩耗評価を行いました．
Wear estimation of trapezoidal and circular shaped hip implants along with varying taper trunnion radiuses using finite element method.
PMID: 32574903 DOI: 10.1016/j.cmpb.2020.105597.
抄録
背景と目的:
股関節は、上半身から下半身への体重移動を担う重要な関節です。加齢により、これらの関節は摩耗し、人工股関節インプラントに置き換える必要があります。摩耗は、股関節インプラントの緩みの原因となっている主な要因です。摩耗は、様々な理由により関節間に発生します。設計段階での摩耗を推定することで、インプラントの寿命についての明確なアイデアが得られ、また、設計のわずかな変更によってインプラントの寿命が大幅に延びる可能性があり、再手術の割合をさらに減らすことができます。線状摩耗率は、テーパートラニオン表面で推定されます。
BACKGROUND AND OBJECTIVE: The hip joint is the vital joint that is responsible for the bodyweight transfer from the upper body to the lower body. Due to age these joints are worn out and need to be replaced by artificial hip implants. Wear is the predominant factor that is responsible for the loosening of hip implants. The wear occurs between the joints due to various reasons. The wear estimation at the design stage gives a clear idea about the life of the implants and also minor changes in the design may also significantly increase the life expectancy of the implant which can further reduce the rate of revision surgery. The linear wear rate is estimated in the taper trunnion surface.
方法:
本研究では、円形で台形のステムインプラントを設計し、トラニオン接合部での摩耗試験を実施した。大腿骨頭サイズ28mm、寛骨臼カップ厚さ4mm、バッキングカップ厚さ2mmを検討した。上面の頚部テーパ半径を変更しています。シミュレーションにはAnsysを使用しています。
METHODS: In this study, the circular and trapezoidal-shaped stem implant is designed, and wear studies are performed at the trunnion junction. The femoral head of size 28 mm, acetabular cup thickness of 4 mm, and a backing cup of thickness 2 mm are considered for the study. The neck taper radiuses at the top surface are altered. Ansys is used to perform the simulations.
結果:
大腿骨頭をステムに組み立てる時点では、頸部テーパ接合部の上面半径の増加に伴って応力が増加していることが判明した。しかし、インプラントの摩耗を推定するために歩行条件を考慮した場合、12/14mmテーパの円形インプラントは0.003mm/年という低い線摩耗率を示した。台形インプラントのテーパが10/14mmのものは0.032mm/年の線摩耗率を示しました。
RESULTS: At the time of assembly of the femoral head into the stem, the stresses were found to be increasing with an increase in the top surface radius of the neck taper junctions. However, when the walking conditions are considered for wear estimation of implants the circular implants with the 12/14 mm taper exhibited the lesser linear wear rate of 0.003 mm/year. The trapezoidal implants with the 10/14 mm taper exhibited a lesser linear wear rate of 0.032 mm/year.
結論:
摩耗はインプラントの緩みによる再置換につながる重要なパラメータである。標準的な12/14mmテーパに対して上面のテーパ半径を小さくしても、テーパ接合部の摩耗率は有意に減少しないことがわかりました。全体的に円形のインプラントは台形のステムインプラントよりも摩耗率が低い結果となりました。線状摩耗率が低いため、円形インプラントは台形インプラントよりも寿命が長くなります。さらに、これらのインプラントを製造し、同じ条件で股関節シミュレーターを用いて試験を行うことで、得られた結果を検証することができます。
CONCLUSIONS: Wear is an important parameter that leads to the revision of implants due to loosening. It is found that with the decrease in the taper radius at the top surface against the standard 12/14 mm taper there is no significant decrease in the wear rate at the taper junction. Overall the circular implants exhibited less wear rate results over the trapezoidal-shaped stem implants. Due to the less linear wear rate, the circular implant has a higher life over the trapezoidal-shaped implant. Further, these implants can be manufactured to test using a hip simulator with the same conditions to validate the obtained results.
Copyright © 2020 Elsevier B.V. All rights reserved.