Yeni Kalça Eklem Simülatöründe Biyomekanik Aşınma Testleri

Year 2019, Volume: 1 Issue: 2, 57 - 62, 16.12.2019

R. Buğra Hüsemoğlu Orkun Halaç Onur Hapa Fatih Ertem Ahmet Karakaşlı Hasan Havıtçıoğlu

Abstract

Bu makaledeki çalışma, biyomekanik aşınma testleri ve eklem kinematiği analizini içerir. Bu tür analizler, hareketliliği ve doğal işlevselliği ve ayrıca yerine yerleştirilen implant nedeniyle hareket değişimini araştırmak için faydalıdır. Simülatör implant tasarımında kullanılabilir. Simülatör, hareketliliğin rotasyonunu, vücut aktiviteleri altında yüklenen farklı eklemler için kullanılması amacıyla rotasyonel hareket için geliştirilmiştir. İnsan ekleminin dönme ekseninde modellenmesi, simülatörün hareket sürücülerini, kaçınılmaz olarak simülatör hareketinin sınırlandırılmasını içeren, simüle edilecek eklemin kısıtlanmış eklem hareketi ile bağlamanın karmaşıklığı nedeniyle bir zorluktur. Bu çalışmada ortak bir simülasyon platformu geliştirilmiştir. Platformun yapımında mikrodenetleyici, röle modülü, DC motor ve güç regülatörleri kullanılmaktadır. Ortak simülasyon platformunun alt plakasının hareketi, bir aktüatöre bağımsız olarak bağlanan dönme eksenleri kontrol sistemi tarafından kontrol edilir. Aktüatör, gereken yükü ve yer değiştirmeyi elde etmek için kullanılır.
Bu çalışma, yapay kalça ekleminin mobilite, aşınma ve yük analizini incelemek için gerçekleştirilmiştir. Sunulan platform eklem simülasyonu, implant testi, eklem kinematiği, gevşeme analizi, yük iletimi için kullanılabilir. Önerilen simülatör, insan kalça implant insertinin doğrulanması için test edilmiştir. Aşınmış yüzeyler taramalı elektron mikroskobu ile gözlemlenmiştir. Bu çalışmada elde edilen aşınma oranlarının klinik çalışmalara benzer kalça eklemleri simülatör çalışmalarından daha yakın olduğu gösterilmiştir.

Keywords

Eklem simulatörü, kalça simülatörü

Biomechanical Wear Tests in a Novel Hip Joint Simulator

Abstract

The work in this paper involves the study of the biomechanical wear tests and joint kinematics analysis. Such analyses are very useful to investigate the mobility and natural functionality as well as the motion variation due to replacement implant. The simulator can be used in implant design. The simulator is developed to provide rotation of mobility with the intention of using it for different joints loaded under body activities. Modeling the human joint as rotation is a challenge because of the complexity of linking the motion drivers of the simulator with the constrained joint motion of the joint to be simulated which inevitably involves constraining of simulator motion. In this study, a joint simulation platform has been developed. Microcontroller, relay module, DC motor and power regulators are used in building the platform. The motion of the bottom plate of a joint simulation platform is controlled by a rotational axes control system connected to one actuator independently. The actuator is used to obtain the required load and displacement.
This work is performed to study the mobility, wear and load analysis of the artificial hip joint. The presented platform can be used for joint simulation, implant testing, joint kinematics, laxity analysis, load transmission. The proposed simulator has been tested for validation of the human hip implant insert. The worn surfaces were observed by scanning electron microscopy (SEM). It is shown that the wear rates obtained in this work are closer to clinical studies than to similar hip joints simulator studies.

Keywords

Joint simulator, hip simulator

References

• 1. D. Dowson, M. M. El-Hady Diab, B. J. Gillis, and J. R. Atkinson, “INFLUENCE OF COUNTERFACE TOPOGRAPHY ON THE WEAR OF ULTRA HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE UNDER WET OR DRY CONDITIONS.,” in ACS Symposium Series, 1985, pp. 171–187.
• 2. H. McKellop, F. W. Shen, W. DiMaio, and J. G. Lancaster, “Wear of gamma-crosslinked polyethylene acetabular cups against roughened femoral balls.,” Clin. Orthop. Relat. Res., no. 369, pp. 73–82, Dec. 1999.
• 3. A. Wang, V. K. Polineni, C. Stark, and J. H. Dumbleton, “Effect of femoral head surface roughness on the wear of ultrahigh molecular weight polyethylene acetabular cups,” J. Arthroplasty, vol. 13, no. 6, pp. 615–620, 1998.
• 4. R. M. Hall, P. Siney, A. Unsworth, and B. M. Wroblewski, “The effect of surface topography of retrieved femoral heads on the wear of UHMWPE sockets,” Med. Eng. Phys., vol. 19, no. 8, pp. 711–719, Oct. 1997.
• 5. R. M. Hall and A. Unsworth, “Wear in retrieved Charnley acetabular sockets,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part H J. Eng. Med., vol. 210, no. 3, pp. 197–207, 1996.
• 6. L. C. Mejia and T. J. Brierley, “A hip wear simulator for the evaluation of biomaterials in hip arthroplasty components,” Biomed. Mater. Eng., 1994.
• 7. I. C. Clarke, V. Good, L. Anissian, and A. Gustafson, “Charnley wear model for validation of hip simulatorsball diameter versus polytetrafluoroethylene and polyethylene wear,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part H J. Eng. Med., 1997.
• 8. H. A. C. AFIFI, K. F., JACOB, “Verschleißmessungen bei Hüft- Totalendoprothesen mit Polyethylenpfanne (RCH-100) und hartverchromten Protasul-10 Kopf.,” Orthop., vol. 119, pp. 157–162, 1981.
• 9. E. A. Salvati, T. M. Wright, A. H. Burstein, and B. Jacobs, “Fracture of polyethylene acetabular cups. Report of two cases.,” J. Bone Joint Surg. Am., vol. 61, no. 8, pp. 1239–42, Dec. 1979.
• 10. H. Minakawa, M. H. Stone, B. M. Wroblewski, J. G. Lancaster, E. Ingham, and J. Fisher, “Quantification of third-body damage and its effect on UHMWPE wear with different types of femoral head,” J. Bone Jt. Surg. - Ser. B, vol. 80, no. 5, pp. 894–899, Sep. 1998.
• 11. J. G. Lancaster, D. Dowson, G. H. Isaac, and J. Fisher, “The wear of ultra-high molecular weight polyethylene sliding on metallic and ceramic counterfaces representative of current femoral surfaces in joint replacement,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part H J. Eng. Med., vol. 211, no. 1, pp. 17–24, 1997.