Mathematical modeling of knee arthroplasty with filling of a bone defect with implants from various materials
Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Year Published
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
Cited by 2 publications
References 7 publications
Background. Currently, bone cements are widely used in orthopedics. The range of prescriptions for bone cement use is very large, and requires different qualities depending on the purpose. Therefore, researchers are forced to conduct their own invetigations to study the mechanical properties of bone cements. The purpose was to determine in the experiment the value of an elastic modulus and ultimate strength of Palacos bone cements for further use in mathematical models of osteosynthesis and arthroplasty. Materials and methods. Samples of two brands of cement, Palacos R and Palacos fast, were examined. Samples with a diameter of 5 mm and a length of 10 mm were made from each type of cement. The study was carried out 2 hours and 2 days after polymerization. At each stage, 10 cement samples of each type were tested for compression. Results. After 2 hours of polymerization, the Palacos fast samples had a statistically significant advantage in terms of the tensile strength, which was 105.77 ± 3.19 MPa, over the Palacos R — 87.24 ± 3.70 MPa. The higher elastic modulus for Palacos fast samples — 2,942.50 ± 99.67 MPa compared to Palacos R — 82,542.40 ± 65.55 MPa turned out to be statistically significant. Two days after fabrication, the strength characteristics of bone cements changed upward. Thus, the ultimate strength of Palacos fast samples was determined within 116.39 ± 2.85 MPa, which is statistically significant higher than for Palacos R samples for which this indicator was within 95.58 ± 4.53 MPa. Similar tendencies were characteristic of an elastic modulus, which amounted to 3,048.93 ± 108.70 MPa for Palacos fast and 2,642.90 ± 22.93 MPa — for Palacos R samples. The value of the elastic modulus for both brands of bone cement has a statistically significant tendency to increase. On average, an elastic modulus for Palacos R cement increased by 4.0 ± 2.6 %, for Palacos fast samples — by 3.5 ± 1.4 %. Conclusions. Palacos R bone cement by the end of the polymerization process has an elastic modulus of 2,542.40 ± 65.55 MPa and a tensile strength of 87.24 ± 3.70 MPa, which is statistically significant lower (p = 0.001) than thereof Palacos fast cement (2,942.50 ± ± 99.67 MPa and 105.77 ± 3.19 MPa, respectively). The indicators of the tensile strength and elastic modulus of the samples of bone cement of both studied brands have a statistically significant (p = 0.001) tendency to increase within 2 days, on average by 9.6 ± 10.1 % and 3.5 ± 4.0 %, respectively. The obtained elastic modulus and ultimate strength of Palacos R and Palacos fast bone cements can be used for mathematical modeling of various types of arthroplasty.
Background. Currently, bone cements are widely used in orthopedics. The range of prescriptions for bone cement use is very large, and requires different qualities depending on the purpose. Therefore, researchers are forced to conduct their own invetigations to study the mechanical properties of bone cements. The purpose was to determine in the experiment the value of an elastic modulus and ultimate strength of Palacos bone cements for further use in mathematical models of osteosynthesis and arthroplasty. Materials and methods. Samples of two brands of cement, Palacos R and Palacos fast, were examined. Samples with a diameter of 5 mm and a length of 10 mm were made from each type of cement. The study was carried out 2 hours and 2 days after polymerization. At each stage, 10 cement samples of each type were tested for compression. Results. After 2 hours of polymerization, the Palacos fast samples had a statistically significant advantage in terms of the tensile strength, which was 105.77 ± 3.19 MPa, over the Palacos R — 87.24 ± 3.70 MPa. The higher elastic modulus for Palacos fast samples — 2,942.50 ± 99.67 MPa compared to Palacos R — 82,542.40 ± 65.55 MPa turned out to be statistically significant. Two days after fabrication, the strength characteristics of bone cements changed upward. Thus, the ultimate strength of Palacos fast samples was determined within 116.39 ± 2.85 MPa, which is statistically significant higher than for Palacos R samples for which this indicator was within 95.58 ± 4.53 MPa. Similar tendencies were characteristic of an elastic modulus, which amounted to 3,048.93 ± 108.70 MPa for Palacos fast and 2,642.90 ± 22.93 MPa — for Palacos R samples. The value of the elastic modulus for both brands of bone cement has a statistically significant tendency to increase. On average, an elastic modulus for Palacos R cement increased by 4.0 ± 2.6 %, for Palacos fast samples — by 3.5 ± 1.4 %. Conclusions. Palacos R bone cement by the end of the polymerization process has an elastic modulus of 2,542.40 ± 65.55 MPa and a tensile strength of 87.24 ± 3.70 MPa, which is statistically significant lower (p = 0.001) than thereof Palacos fast cement (2,942.50 ± ± 99.67 MPa and 105.77 ± 3.19 MPa, respectively). The indicators of the tensile strength and elastic modulus of the samples of bone cement of both studied brands have a statistically significant (p = 0.001) tendency to increase within 2 days, on average by 9.6 ± 10.1 % and 3.5 ± 4.0 %, respectively. The obtained elastic modulus and ultimate strength of Palacos R and Palacos fast bone cements can be used for mathematical modeling of various types of arthroplasty.
Анатомо-Біомеханічне Обґрунтування Превентивного Армування Опилу Великогомілкової Кістки При Монокондилярному Ендопротезуванні Колінного Суглоба
Вступ. Нестабільність компонентів ендопротеза є одним із основних ускладнень, чому сприяє прогресуючий остеопороз, в основному у жінок похилого віку. Для профілактики подібних ускладнень нами розроблено методику превентивного зміцнення зони опилу великогомілкової кістки за рахунок використання двох кортикальних металевих гвинтів. Мета. Провести аналіз математичного моделювання напружено-деформованого стану моделей нижньої кінцівки за різних умов монокондилярного ендопротезування колінного суглоба. Змоделювати варіанти зміцнення остеопоротичної кісткової тканини під компонентом тибіального ендопротеза. Матеріали та методи. Було розроблено модель нижньої кінцівки з монокондилярним ендопротезом з медіального боку колінного суглоба. Вивчали напружено-деформований стан моделі за нормальної щільності кісткової тканини та в умовах остеопорозу. Моделювали варіанти зміцнення остеопоротичної кісткової тканини під опорною платформою ендопротеза, для чого під нею у великогомілковій кістці проводили два армуючі гвинти у двох варіантах: у фронтальній площині та сагітальній площині. Результати. Аналіз результатів проведеного математичного моделювання напружено-деформованого стану моделей нижньої кінцівки за різних умов монокондилярного ендопротезування колінного суглоба дозволяє говорити про те, що наявність остеопорозу кісткової тканини значно погіршує ситуацію як з розподілом напружень в елементах моделі, так і з величинами їх відносних деформацій. Особливо це позначається на великогомілковому компоненті моделі. Проведення армуючих гвинтів у великогомілкову кістку під платформу ендопротеза дозволяє поліпшити ситуацію, але тільки у разі їх проведення в сагітальній площині. Висновки. Наявність остеопорозу призводить до збільшення величин напружень у кістковій тканині, яка контактує з елементами ендопротеза, а також до збільшення величин відносних деформацій як у кістковій тканині, так і в елементах ендопротеза. Проведення армуючих гвинтів у сагітальній площині дозволяє знизити рівень напружень у великогомілковій кістці, а також зменшити величини відносних деформацій у ній. Проведення гвинтів у фронтальній площині не справляє значного впливу на зміни напружено-деформованого стану моделі.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
Contact Info
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Product
Resources
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.
