Yeni nesil kalça implantlarının mekanik analizi ve hasta değerlendirmeleri

Abstract

Ortopedik implantlarda zamanla aşınma ve kırılmayı en aza indirmek ve doğru implant-hasta kombinasyonunu oluşturmak giderek önem kazanmaktadır. Temel amaç, faktörlerin olası aşınmayı ne kadar etkilediğini ve bu faktörlere uygun aşınma azaltıcı etkileri incelemektir. Kalça protezi olarak Ti-6Al-4V alaşımından gövde ve Zirkonyum malzemeden femur başı tasarlanmış olup sonlu elemanlar analizi ile analiz edilmiştir. Kalça protezi için 28, 32, 36, 40 ve 44 mm'lik farklı çaplarda femur başları tasarlanarak femur baş boyutunun trunnionosis korozyonuna etkisi incelenmiştir. Aşınmadaki diğer potansiyel faktörlerden biri olan trunnion ile femoral baş arasındaki boşluğun etkisini görmek için -3, 0 ve +3 offset boşluğu ile modelleme yapılmış ve sonlu elemanlar analizi ile statik ve dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Dinamik analiz kapsamında bir kişinin yürüme anı 5 saniye boyunca simüle edilmiş olup kalça ve proteze etki eden kuvvetler yüklenerek modal ve transient analizler gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, aşınma üzerinde baş boyutu, offset aralığı, offset açısı ve fiksasyonun etkilerini görmek amacıyla dört aşamada gerçekleştirilmiştir. Statik analizlerden elde edilen stres, deformasyon ve dinamik analizlerden elde edilen moment, titreşim, frekans ve kayma mesafesi sonuçları aşınma faktörleri ile ilişkilendirilmiş ve hangi durumda hangi kombinasyonların ilişkilendirilebileceği belirlenmeye çalışılmıştır. Tüm aşamalardaki modellemeler Autodesk Fusion 360 kullanılarak modellenmiş ve ANSYS 19.2 ile sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir.It is becoming increasingly important to minimize wear and breakage in orthopedic implants over time and to make the right implant-patient combination. The main purpose is to examine how much the factors affect possible wear and the wear-reducing effects in line with those factors. As a hip prosthesis, stem from Ti-6Al-4V alloy and a femoral head from Zirconia material were designed and analyzed with finite element analysis. For hip prosthesis, heads with different diameters of 28, 32, 36, 40 and 44 mm were designed to examine the effect of femoral head size on trunnionosis corrosion. To see the effect of the gap between the trunnion and the femoral head, which is one of the other potential factors in wear, modeling with -3, 0 and +3 offset gap was made and finite element analysis and static and dynamic analyzes were carried out. Within the scope of dynamic analysis, a person's walking moment was simulated for 5 seconds and modal and transient analyzes were performed by loading the forces acting on the hip and therefore the prosthesis. The study was carried out in four stages to see the effects of head size, offset gap, offset angle and fixation on wear. Stress, deformation obtained from static analyses, and moment, vibration, frequency and sliding distance results obtained from dynamic analyzes were associated with wear factors and it was studied to determine which combinations could be associated in which situation. Modeling at all stages was modeled using Autodesk Fusion 360 and finite element analyzes were performed with ANSYS 19.2.