Tasarımın Uzun Boyun Seramik Femoral Baş Protezinin Yüksek Kırılma Oranına Katkısının Sonlu Elemanlar Analizi ile Araştırılması

Abstract

Üstün aşınma direncine sahip olan seramikler, genç hastaların femur başı protezi için en iyi malzeme seçeneklerindendir. Bununla birlikte, seramiklerin doğal dezavantajları kırılganlıklarıdır. Bu nedenle, seramik femur başlarının üretim ve tasarım faktörleri dikkatlice düşünülmelidir. Aksi takdirde, yüksek kırılma oranına bağlı olarak, 2001 yılında seramik femoral başların geri çağrılması olayında olduğu gibi daha ciddi bir soruna neden olabilir. Her ne kadar geri çağrılan bu seramik başların yüksek kırılma oranları, temel olarak imalat işlemindeki bir değişiklikle ilişkilendirilmiş olsa da, aynı partide üretilen uzun boyun tasarımlı seramik başların neden kısa boyun tasarımlı seramik başlara göre daha yüksek kırılma oranına sahip oldukları konusunda kesin bir tespit yapılamamış ve bu konuda bir mekanik analiz bulunmamaktadır. Bu çalışmanın amacı, tasarım faktörünün uzun boyunlu seramik femoral başlarının daha yüksek kırılma oranına olası katkısını belirlemek için sonlu elemanlar analizi kullanılarak iki farklı seramik femur başı (kısa ve uzun boyunlu seramik baş) üzerindeki gerilme dağılımının analizini yapmaktır.28 mm çapındaki iki farklı şekilde (kısa ve uzun boyunlu) tasarlanmış seramik başlar, 85 yaşındaki bir insanın yürüme koşulu altında maruz kaldığı maksimum yük altında sonlu elemanlar analizi (SEA) ile gerilme dağılımı test edildi. Katı modellemesi yapılmış femur ve protezlere önce ağ örgüsü oluşturulmuş (~75000 düğüm ve ~50000 eleman) ve literatürden elde edilen malzeme özellikleri modele atanmıştır Solidworks simülasyonundan elde edilen SEA sonuçları, uzun boyunlu seramik başın konik-delik temas bölgesinde zaman içinde yorulma kırılmasına yol açabilecek yaklaşık 5 kat daha fazla lokal gerilme yoğunlaşmasının varlığını göstermiştir. Bu sonuç tasarım faktörünün, üretim kusurunun ötesinde uzun boyunlu seramik başların daha yüksek kırılma oranına katkıda bulunabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, tasarım faktörleriyle alakalı olan seramik başlar üzerindeki bu tür lokal gerilme yoğunlaşma alanlarının varlığı, yeni seramik femur başlarının tasarımı ve üretimi sırasında daima dikkate alınmalıdır.