Yürüyüş Döngüsü ile Birlikte Sürekli Dinamik Yükleme Altında Diz Implant Polietilen Insert Üzerindeki Aşınma

Year 2022, Volume: 11 Issue: 2, 268 - 276, 11.11.2022

Alaettin Özer Çağla Öcal Halil Burak Mutu

Abstract

Vücudumuzun yükünü taşıyan diz eklemleri zamanla aşınmaya ve görevini yerine getiremez duruma gelmekte, ağrı ve acıya neden olmaktadır. Günlük aktiviteleri kısıtlanan hastalar için çözüm Total Diz Artroplastisinde (TDA) bulunmuştur. Bu, Femur ve Tibia kemik kıkırdak dokularının yerine geçen metal bileşenler ve menisküs yerine geçen polietilen insert kullanılarak implantın yerleştirildiği bir ameliyattır. Burada kullanılan metaller sert ve polietilen de metallere nispeten daha yumuşak olduğundan bir aşınma problemi oluşturmaktadır. Bu aşınmanın belirlenmesi ve implantın ömrünün hesaplanması da çözülmesi gereken problemlerden biridir. Bu çalışmada dinamik yükleme altındaki polietilen insertin yürüyüş döngüsündeki fleksiyon açısının değişimi dikkate alınarak aşınması çalışılmıştır. Bu amaçla Fleksiyon, Anterior-Posterior öteleme ve Internal-Eksternal rotasyon hareketleri ile birlikte Sonlu Elemanlar modeli oluşturulmuştur. Aşınma modeli olarak temas basıncından bağımsız Archard aşınma modeli kullanılmıştır. Literatürden elde edilen gerçekçi yüklemeler altında insert yüzeyindeki basınç ve aşınma miktarları elde edilmiştir. Her üç durum için devir sayısı arttıkça basıncın azaldığı aşınma miktarının ise arttığı görülmüştür. AP ötelemesi ve özellikle IE rotasyonun artan çevrimle birlikte Polietilen insert üzerindeki aşınmayı azalttığı belirlenmiştir.

Keywords

Total Diz Artroplastisi, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Aşınma, Yürüyüş Döngüsü, Sürekli Dinamik Yükleme.

References

• Archard, J.F., 1953,” Contactandrubbing of flatsurfaces,” Journal of AppliedPhysics 24 (8), 981–988.
• Baldwin, M. A.,Clary, C. W., Fitzpatrick, C. K., Deacy, J. S., Maletsky, L. P., &Rullkoetter, P. J. (2012). Dynamicfinite element kneesimulationforevaluation of kneereplacementmechanics. Journal of biomechanics, 45(3), 474-483.
• Godest, A. C.,Beaugonin, M., Haug, E., Taylor, M., &Gregson, P. J. (2002). Simulation of a kneejointreplacementduring a gaitcycleusingexplicitfinite element analysis. Journal of biomechanics, 35(2), 267-275.
• Kawanabe, K.,Clarke, I. C., Tamura, J., Akagi, M., Good, V. D., Williams, P. A., andYamamoto, K., 2001, ”Effects of A–P TranslationandRotation on theWear of UHMWPE in a Total KneeJoint Simulator,” J. Biomed. Mater. Res. Part B 54 (3), 400–406.
• Sridar, S.,Nguyen, P. H., Zhu, M., Lam, Q. P., &Polygerinos, P. (2017, September). Development of a soft-inflatableexosuitforkneerehabilitation. In 2017 IEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobotsandSystems (IROS) (pp. 3722-3727). IEEE.
• Suh D.S.,Kang K.T., Son J., Kwon O.R., Baek C., Koh Y.G., 2017, “Computationalstudy on theeffect of malalignment of thetibialcomponent on thebiomechanics of total kneearthroplasty: A Finite Element Analysis,” Bone JointRes. 6(11), 623-630.
• Wünschel, M.,Lo, J., Dilger, T., Wülker, N., &Müller, O. (2011). Influence of bi-andtri-compartmentalkneearthroplasty on thekinematics of thekneejoint. BMC MusculoskeletalDisorders, 12(1), 1-7.
• Zhang, J.,Chen, Z., Gao, Y., Zhang, X., Guo, L., &Jin, Z. (2019). Computationalwearpredictionforimpact of kinematicsboundaryconditions on wear of total kneereplacementusingtwocross-shearmodels. Journal of Tribology, 141(11), 111201.
• Zhang, J.,Chen, Z., Wang, L., Li, D., andJin, Z., 2017, “A Patient-SpecificWearPrediction Framework for an ArtificialKneeJointwithCoupledMusculoskeletalMultibody-Dynamics andFinite Element Analysis,” Tribol.Int., 109, 382–389.