Evaluation of Hip Prosthesis Stability via Harmonic Response Analysis

Öz

The most common problem in implants and prosthesis used in the field of orthopedics and dentistry is the loosening. Implants and prosthesis are unable to function due to this problem. Postoperative follow-up and early detection of this loosening problem is very important. Since the methods used in the orthopedics are already having a low success in identifying relaxation, an alternative method has to be developed. In this study, the determination of postoperative loosening using vibration method was evaluated via finite element method. Modeling of femoral bone and hip prosthesis were evaluated by harmonic response analysis. The effect of the changing properties of the material in the femoral bone was also included in the analysis. As a result of this study, the frequency and amplitude values decreased as the degree of loosening decreased. Thus, it was observed that the vibration method could be successful despite the change in bone density in the postoperative follow-up.

Anahtar Kelimeler

• Vibration method,finite element analysis,harmonic response analysis,losening

Kalça Protezi Stabilitesinin Harmonik Cevap Analizleri İle Değerlendirilmesi

Öz

Ortopedi ve diş hekimliği alanında kullanılan implant ve protezlerde en sık karşılaşılan problem gevşeme problemidir. Bu sorun sebebi ile implantlar ve protezler işlevlerini yerine getiremez hale gelir. Bu gevşeme sorunun ameliyat sonrası takibi ve erken tespiti çok önemlidir. Ortopedi alanında kullanılan yöntemlerin halihazırda gevşemeyi tespit etme başarısı düşük olduğundan alternatif bir yöntem geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada da alternatif kullanılabilecek yöntem olan titreşim yönteminin ameliyat sonrası gevşemeyi tespiti sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Modellemesi yapılan femur kemiği ve kalça protezinin harmonik cevap analizi ile değerlendirilmesi yapılmıştır. Ameliyat sonrası femur kemiğinin malzeme özelliklerindeki değişimin etkisi de analize katılmıştır. Sonuç olarak gevşeme derecesi azaldıkça elde edilen frekans ve genlik değerlerinin de azaldığı görülmüştür. Bu sayede titreşim yönteminin ameliyat sonrası takipte kemik yoğunluğundaki değişime rağmen başarılı olabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Titreşim yöntemi,sonlu elemanlar analizi,harmonik cevap analizi,gevşeme

Kaynakça

1. [1] Malchau H., Herberts P., Eisler T., Garellick G., Soderman P., “The Swedish Total Hip Replacement Register” J. Bone Joint Surg. Am., 86-A(2), 2-20, (2002).
2. [2] Dreinhofer K. E., “Indications for total hip replacement: comparison of assessments of orthopaedic surgeons and referring physicians”, Ann. Rheum. Dis., 65(10), 1346-1350, (2006).
3. [3] Georgiou A. P., Cunningham J. L., “Accurate diagnosis of hip prosthesis loosening using a vibrational technique”, Clinical Biomechanics, 16(4), 315-323, (2001).
4. [4] Ike H., Inaba Y., Kobayashi N., Hirata Y., Yukizawa Y., Aoki C., Choe H., Saito T., “Comparison between mechanical stress and bone mineral density in the femur after total hip arthroplasty by using subject-specific finite element analyses”, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 18(10), 1056-1065, (2014).
5. [5] Rho J. Y., Hobatho M. C., Ashman R. B., “Relations of Mechanical-Properties to Density and Ct Numbers in Human Bone”, Med. Eng. Phys., 17(5), 347-355, (1995).
6. [6] Oshkour A. A., Abu Osman N. A., Bayat M., Afshar R., Berto F., “Three-dimensional finite element analyses of functionally graded femoral prostheses with different geometrical configurations”, Materials & Design, 56, 998-1008, 2014.
7. [7] Goshulak P., Samiezadeh S., Aziz M. S. R., Bougherara H., Zdero R., Schemitsch E. H., “The biomechanical effect of anteversion and modular neck offset on stress shielding for short-stem versus conventional long-stem hip implants”, Med. Eng. Phys., 38(3), 232-240, (2016).
8. [8] Jaecques S. V. N., Pastrav C., Zahariuc A., Perre G. V. D., “Analysis of the fixation quality of cementless hip prostheses using a vibrational technique”, ISMA, Leuven, Belgium, 20-22 September 2004.

9. [9] Kassi J.-P., Heller M. O., Stoeckle U., Perka C., Duda G. N., “Stair climbing is more critical than walking in pre-clinical assessment of primary stability in cementless THA in vitro”, J. Biomech., 38(5), 1143-1154, 2005.
10. [10] Pastrav L. C., Jaecques S. V. N., Jonkers I., Perre G., Mulier M., “In vivo evaluation of a vibration analysis technique for the per-operative monitoring of the fixation of hip prostheses”, J. Orthop. Surg. Res., 4(1), 10, (2009).
11. [11] Puers R., Catrysse M., Vandevoorde G., Collier R. J., Louridas E., Burny F., Donkerwolcke M., Moulart F., “A telemetry system for the detection of hip prosthesis loosening by vibration analysis”, Sensors and Actuators A: Physical, 85(1-3), 42-47, (2000).