Endoproteza stawu biodrowego jest elementem medyczno-mechanicznym, który podlega zużyciu i w rezultacie zniszczeniu po kilkuletnim okresie eksploatacji. Do tego momentu pacjent z wszczepioną endoprotezą zachowuje pełną aktywność ruchową. W trakcie takiej eksploatacji elementy endoprotezy przenoszą siły działające na cały układ kostny człowieka. Aktywność ta sprawia, że elementy endoprotezy w szczególności wkładka wykonana z polietylenu UHMWPE zużywa się w czasie kilku lub kilkunastu lat. Proces wszczepiania endoprotezy jest skomplikowany i zawsze istnieje ryzyko wystąpienia błędu pochylenia lub skręcenia panewki stawu w przypadku jego wymiany.
W pracy zaprojektowano kompleksowy model numeryczny zużycia elementu polietylenowego endoprotezy stawu biodrowego i określono zużycie tego elementu w okresie kontrolnym trzech lat w zależności od jego początkowego ustawienia w panewce stawu w kości miednicznej, określonego przez kąty odwodzenia i przodopochylenia, oraz aktywności ruchowej pacjenta. W modelu numerycznym wykorzystano model zużycia Archarda zaimplementowany w podprogramie UMESHMOTION z użyciem adaptacji siatki typu ALE.
Wyniki obliczeń numerycznych przedstawiono dla trzech rozmiarów panewki o średnicach 22, 28 i 32 mm oraz uwzględniono dwie podstawowe aktywności pacjenta, tj. chód normalny oraz chodzenie po schodach w górę i w dół. Obliczenia numeryczne pozwoliły na określenie ułożeń panewki, w których zużycie następuje znacznie szybciej.
Title:
The effect of initial position of the endoprothesis on the polyethylene acetabulum wear.
Abstract:
The hip replacement is a medico-mechanical element, which first of all is getting used and consequently getting destroyed after several years of exploitation. Until then, the patient with an implanted hip replacement retains full physical activity. During the exploitation of the prosthesis, its elements transmit the forces influencing human’s bone system. This activity makes the components of the prosthesis, in particular the insert made of polyethylene (UHMWPE), used during a dozen or so years. The process of implantation of the prosthesis is complex and there is always the risk of an error regarding tilting or twisting of the acetabulum in case of its total replacement.
The thesis presents a comprehensive numerical model of the consumption of the polyethylene component of the hip replacement and defines the usage of this element in the control period of three years, depending on its initial settings in the acetabular in the pelvic bone, defined by the abduction and anteversion angles as well as by the physical activity of the patient. The numerical model used the Archard wear model implemented in the subroutine UMESHMOTION using the mesh adaptation type ALE.
The results of the numerical calculations are presented for three standard sizes of acetabulum with internal diameters of 22, 28 and 32 mm. Furthermore, two main activities of the patient were taken into consideration - normal gait and walking upstairs and downstairs. Numerical calculations enabled to define the positions of the acetabular, where the wear is much faster.
