Effects Of Femoral Neck Geometry On Stress Distribution Of Femur And Pelvis

Year 2013, Volume: 15 Issue: 2, 1 - 6, 01.07.2013

Halil Atmaca Arif Özkan

Abstract

Aim: In this study the effect of femoral neck geometry deformities for stress distribution onfemur and pelvis were analyzed. In this study, the stress distribution on femoral diaphysis dueto body weight was investigated in lower extremity deformities such as coxa vara and valga.Method: For this purpose, three dimensional (3D) solid models of femur and pelvis weregenerated using computerized tomography (CT) images. 100 kg body weight was taken intoaccount during calculation of femoral diaphysis load distribution due to coxa vara and valgadeformities. Equivalent stress values were determined on femur and pelvis models.Results: Maximum equivalent stress values obtained at reference femur and pelvis (RMOD)model were compared to the stress values of coxa vara (KVAR) and valga (KVAL) models.The values of coxa vara and valga models were found to be higher than the reference values.Femoral neck angle (α) alteration was more effective than femoral neck length changes forload distribution

Keywords

Femur, Coxa vara, Coxa valga, Finite element method, Computerized tomography

Femur Boyun Geometrisinin Femur ve Pelvis Üzerindeki Gerilme Dağılımına Etkisi

Abstract

Amaç: Bu çalışmada, femur boyun geometrik boyutlarındaki değişimler sonucu oluşandeformitelerin femur gövdesi ve pelvis üzerinde meydana getirdiği gerilmelerdeğerlendirilmiştir.Yöntem: Femur boyun geometrik boyutlarındaki değişimler sonucu oluşan ve koksa vara vevalga olarak tanımlanan alt ekstremite bozukluğu sonucunda yaklaşık 100 kg vücut ağırlığıdikkate alınarak femur diafizi ve pelvis üzerindeki gerilme ve deformasyon dağılımı incelendi.Bunun için de insan femur ve pelvis kemiklerinin birebir ölçüde katı modelleri BilgisayarlıTomografi (BT) görüntüleri yardımıyla elde edildi. İnsan vücut ağırlığı dolayısı ile uygulananyükler sonucu, elde edilen femur ve pelvis modellerdeki eşdeğer (von-misses) gerilmedeğerleri hesaplandı. Pelvis ve femur üzerinde oluşan maksimum eşdeğer gerilme alanlarıkoksa vara (KVAR) ve koksa valga (KVAL) modellerindeki pelvis üzerindeki eşdeğergerilmeler kıyaslandı.Sonuç: Referans normal model üzerinde elde edilen gerilme değerine göre daha yüksekbulundu. Bunun yanında KVAR ve KVAL modellerindeki femur üzerinde oluşan gerilmelerdeyine referans model (RMOD) femuru üzerindeki gerilmeden fazla elde edildi. Gerilmedağılımlarına göre elde edilen gerilme artışında, femur boyun açılarındaki değişim femurboyun uzunluğundaki değişime göre daha etken olduğu elde edilmiştir

Keywords

Femur, Koksa vara, Koksa valga, Sonlu elemanlar yöntemi, Bilgisayarlıtomografi

References

• Beyer J., Hadw-Ger M., Wolfsberger S., Bühler K., High- Quality Multimodal Volume Rendering for Preoperative Planning of Neurosurgical Interventions, IEEE Visualization 2007, 1696-1703.
• Ehrhardt J., Handels H., Mal_Na T., Strathmann B., Plötz W., Pöppl S.J., Atlas-based segmentation of bone structures to support the virtual planning of hip operations, International Journal of Medical Informatics 2001, 64, 439–447.
• Hoenecke Jr.H.R., Dembıtsky N., Hermida H.C., Patıl S., D'lima D.D., Mimics Innovation Award Application: Mimics for 3D-CT-Based Preoperative Templating of Total Shoulder Artroplasty, 2007.
• Clijmans T., Gelaude F., Mommaerts M., Suetens P., Vandersloten J., Materialise Mimics Innovation Awards: Computer Craniosynostosis Surgery: A Mimics-Integrated Approach, 2006. Planning Of
• Mahaisavariya B, Sitthiseripratip K., Or_S P., Tongdee T., Rapid Prototyping Model for Surgical Planning of Corrective Osteotomy for Cubitus Varus: Report of Two Cases, Injury Extra 37, 2006, 176-180.
• Sowmianarayanan S., Chandrasekaran A., Krishnakumar R., Finite Element Analysis of Proximal Femur Nail for Subtrochanteric Fractured Femur, International Ansys Conferance, 2006.
• Completo, A., Fonseca F., Simoes J.A., Experimental Validation of Intac and Implnted Distal Femur Finite Element Models, Journal of Biomechanics, 40, 2007, 2467-2476.
• Sonel, B., Kalça Eklemi Biyomekaniği T. Klinik J. PM. R, 1, 2001
• Yamada, H., , Mechanical Properties of Locomotor Organs And Tissues, Strength of Biological Materials, Williams & Wilkins, Baltimore1970, 210.
• Örnek, A. M., , Burulma Yüküne Maruz İnsan Tibiasının Gerilme Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 139 ss., 2004.
• Pauwels, F., Biomechanics of the locomotor apparatus Berlin, Springer-Verlag,1980,76-105.
• Pauwels F . A Clinical Observation as Example and Proof of Functional Adaptation of Bone Through Longitudinal Growth. Z Orthop Ihre Grenzgeb. 1975 Feb;113(1):1-5.
• Isaac B, Vettivel S, Prasad R, Jeyaseelan L, Chandi G: Prediction of Femoral Neck-Shaft Angle From the Length of The Femoral Neck. Clin Anat10(5) ; 318-323, 1997
• Simoes J.A., Vaz, M.A., Blatcher, S., Taylor, M., Infuluence of Head Constrains and Muscle Forces on The Strain Distribution within The Intact Femur, Medical Engineering & Physics, 2000, 22, 453-459
• Moreo P., Pérez M.A., García-Aznar J.M., “Modelling The Mechanical Behaviour of Living Bony İnterfaces, Comp Methods Appl Mech Engr., 2007, 196: 3300-3314.
• Takada, M., Engelke, K., Hagiwara, S., Grampp, S., Jergas, M., Glüer, C.C., Genant, H.K., Assessment of Osteoporosis: Comparison Of Radiographic Absorptiometry of the Phalanges and Dual X-ray absortiometry of The Radius and Lumbar Spine, Radiology, 1997, 202:3, 759-763.
• Taddei, F., Pancanti, A., Viceconti, M., An Improved Method for the Automatic Mapping of Computed Tomography Numbers onto Finite Element Models, Med Eng Phys., 2004, 26, 61-69.
• Helgason, B., Perilli, E., Schileo, E., Taddei, F., Brynjolfsson, S., Viceconti, M., Mathematical Relationships Between Bone Density and Mechanical Properties: A Literature Review, Clin Biomech 2008 a, 23:2, 135-146.
• Helgason, B., Taddei, F., Palsson, H., Schileo, E., Cristofolini, L., Viceconti, M., Brynjolfsson, S., A modified method for assigning material properties to FE models of bones, Med Eng Phys., 2008b, 30:4, 444-453.