The Ulutas Medical Journal p-ISSN 2149-0430 e-ISSN 2149-388X

The Ulutas Medical Journal · ISSN 2149-0430 (مطبوع), 2149-388X (إلكتروني) · https://www.ulutasmedicaljournal.com/?mno=193156

مقالة أصلية · وصول مفتوح

Evaluation of Total Knee Arthroplasty Surgery with Finite Element Analysis

ترجمة آلية للعنوان والملخص والنص الكامل. الأصل الإنجليزي

  • Javid Mohammadzadeh Azarabadi1
  1. Institute of Faculty of Medicine, Department of Orthopaedics and Traumatology, University of Başkent, Konya, Turkey ROR
تنزيل PDF (460.5 KB) طريقة الاقتباس doi:10.5455/umj.20240305070048

الملخص

مقدمة: وتهدف هذه الدراسة إلى إثبات أهمية طريقة العناصر المحددة في الركود الكلي (TKA) للتقليل إلى أدنى حد من ضرورة التنقيح. المواد والأساليب: In our study, the TKA system implanted in femoral and tibial bones has been numerically analyzed by three-dimensional FEM. ونُقلت النتائج ونموذج TKA إلى 3D SolidWorks 3D البرمجيات. هذا الجانب من تطبيق الدراسة يركز على توزيع الإجهاد في التفاعل بين أجزاء العظام المتنازعة من الركبة المشتركة وتقدم دراستنا توزيع الحمولة على الزرع والبيانات الإيضاحية المطبقة في الإجراء الجراحي العادي. وجرى أيضا تحليل توزيع الحمولة، وخفضت درجة الصمامات بمقدار ثلاث درجات. وقد ساعدتنا هذه الحالة على التنبؤ بتآكل البوليثيلين المبكر والفشل في المستقبل. النتائج: When the valgus angle was reduced by 3°, the load distribution on the implants increased in the medial compartment, especially in the polyethylene insert. وأدى ذلك إلى التنبؤ بارتداء البوليثيلين المبكر والفشل في المستقبل. الخلاصة: تشدد حركة النقد الأجنبي على أهمية توزيع الحمولة الميكانيكية الأحيائية أثناء عملية تكساس. It is also a good method to reduce the incidence of TKA revision and increase patient satisfaction after TKA.

الكلمات المفتاحية

النص الكامل

ترجمة آلية للنص الكامل؛ النسخة المنشورة الرسمية هي الأصل الإنجليزي. الأصل الإنجليزي

مقدمة

الأهداف الرئيسية للركبة بأكملها هي تخفيف آلام الركبة الحالية، وإعادة تنظيم الإرتداد الأدنى، واستعادة وظيفة حركة الركبة المشتركة، واستعادة الاستقرار المشترك (1)وعلى الرغم من أن النتائج السريرية لمجموع الركبة الرطبة جيدة عموما، فقد أفيد بأن معدل تنقيح العشر سنوات يبلغ 5 في المائة في الأدبيات. (2)وتعزى هذه النتائج إلى تآكل البوليثيلين في وقت مبكر، وسوء التغذية، والعدوى، وتفكك الإسباق (3)- تجري دراسة منهجية العناصر المحددة لهيكل جغرافي ثابت معقد للبيئة يوفر خصائص مختلفة وللقوات التي تعمل عليها عن طريق إدخال الممتلكات المادية للهياكل الميكانيكية القائمة في برنامج الحاسوب وحساب القوى التي ستتصرف. كما أنها تقدم نمذجة للمواد بغض النظر عما إذا كانت المواد متجانسة أو غير متجانسة أو غير متجانسة أو غير متجانسة. وتتألف نمذجة المواد من مرحلتين. وهذه هي مراحل التجهيز الأولي ومرحلة ما بعد التجهيز. وتتمثل المرحلة الأولى في اختيار العناصر المحددة، أما المرحلة الثانية فهي محاكاة ظروف الإجهاد بين المواد المختارة. ونتيجة لذلك، تنشأ نتائج شبه قياسية وتسترشد بها المستوصفات (4)ونتيجة لذلك، يهدف المشروع إلى الحد من الحاجة إلى إعادة النظر في جميع أنواع الركود إلى أقصى حد ممكن عن طريق تنظيم أسباب التنقيح. والهدف من ذلك هو الحد من الحاجة إلى إعادة النظر في جميع أشكال الركود إلى أقصى حد ممكن عن طريق تنظيم أسباب التنقيح.

وبعد إنقاذ نماذج العظام التي تم مسحها بواسطة طبوغرافيا محسوبة، كثيرا ما تُنشأ النمذجة باستخدام برامج مثل Cosmos, Catia, Abaqus, and especially Ansysy. عندما نُظّمَ، الجسم العظمي عاصفة و التغاير يَجِبُ أَنْ يُعتبرَ. وهذا أمر هام من حيث النتائج المثلى (5)عدم النظر في انفصام العظام يؤدي إلى سوء تفسير البيانات العددية (6)- تم مسح المواد الاصطناعية المستخدمة في مادة الأرهوبليستي باستخدام جهاز مجهري، ويجري استحداث نموذج يستخدم عناصر من ثلاث دي عن طريق إدماجه في نتائج البرامجيات المختارة. وفي الجزء الأخير من البرمجيات، تم وضع نماذج لظروف الإجهاد من خصائص العظام وممتلكات الفلزات المستخدمة (7).

وتهدف هذه الدراسة إلى التقليل إلى أدنى حد من الحاجة إلى التنقيح عن طريق إظهار أهمية العناصر المحددة في التراكب الكلية.

المواد والأساليب

العوامل البيولوجية الميكانيكية التي تنتجها عوامل الحياة اليومية أساسية في تحديد صحة وطول الركبة الكلية (8)- مع طريقة التحليل النهائي، يتم تحديد الاتصال الميكانيكي بين الاتصالات السطحية للعناصر التخصيبية رقميا (9):: يتيح التحليل الذي يطبق على النسيج العظمي الذي وضع في النموذج حساب الإجهاد والاستجابات الضالة للقوات المطبقة على الهيكل في الدراسات التي أجريت (10)ومن جهة أخرى، تستخدم هذه الطريقة أيضاً للتنبؤ بتشوهات الهياكل المضللة وللتحقيق في الفيزياء الحيوية على مستوى الخلايا (11).

تصميمات الطرائق

تم مسح أجزاء عظم الفخذ وعظم التوبيخ بواسطة صور محوسبة The results and total knee arthroplasty model were transferred to 3D SolidWorks software (Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, France, 2012). ويبين الشكل 1 النموذج المستحدث.

هذا الجانب من تطبيق الدراسة يركز على توزيع الإجهاد في التفاعل بين أجزاء العظام المتناثرة من الفخذ و أجزاء العظام التقريبية من التوبيا ومن ثم، فإن عوامل الإجهاد في الأجزاء المنبعثة والتقريبية من العظام في مجمع الركبة مفهومة بوضوح. تم تقسيمها بين 0.3 و 1 ملم لضمان دقة البيانات العددية (12).

ويمكن حساب البيانات الميكانيكية لكل عنصر من عناصر المنظومة عن طريق تحليلات رقمية تستند إلى معايير محددة سلفا. ولجعل النتائج مجدية للمستعمل، تظهر درجات مختلفة من اللون. هذه التدرجات تختلف من الأزرق إلى الأحمر اللون التدرجي يبدو أحمراً حيث نقاط الإجهاد مرتفعة ويبين الشكل 2 توزيع الحمولة على شكل أرتشروبلاستي (13).

النتائج

وقد تكون لتغيرات المواقف الدنيا نتائج أكثر أهمية خلال فترة التنسيب (14)وقد أشير إلى أنه ينبغي أن تكون رخامات الركبة شخصية لضمان الامتثال إلى أقصى حد، وينبغي أن تكون قيمة أثرها أعلى. (15)- تبين أن للركعة الكلية آثار مختلفة على العضلات في العارضات دون قطع الجير السطحي (16)وقد تبين أن 5-10 درجات من سوء الارتداد خلال فترة التأجير تؤدي إلى تأثير أكثر أهمية وزيادة الضغط في مقصورات وسائط الإعلام (17).

ويرد في الشكل 2 بيان عن توزيع الحمولات والبيانات الإيضاحية عن الزرع المطبق في الإجراء الجراحي العادي. At the same time, the load distribution was examined with the valgus degree reduced by three degrees. This time, increased load distribution was observed in medial compartment, especially in polyethylene insertion. ويرد هذا في الشكل 3. وقد ساعدتنا هذه الحالة على التنبؤ بتآكل البوليثيلين المبكر والفشل في المستقبل.

الشكل 1: نموذج النسيج 3 دال من الفخذ، والتيبيا، والركبة الكاملة
Figure 1. طراز Ansys 3D femur, tibia and total knee arthroplasty
الشكل 2: (أ): العنصر الفموي، ب: عنصر التبليغ، ج: إدراج بوليثيلين
Figure 2. a: Femoral component, b: Tibial component, c: Polyethylene insert
الشكل 3: خفضت زاوية القيمة بمقدار 3 درجات وعرض توزيع الحمولة في منطقة وسائط الإعلام
Figure 3. angle angle of Valgus reduced by 3 degrees and demonstration of load distribution in the medial area

المناقشة

In orthopaedic wound discipline, total knee arthroplasty is envisaged to be applied in severe pain and operational failure of the patient. ويتبين من العديد من الدراسات السريرية أن معدل النجاح الإجمالي للركبة في أرهوبروستي مرتفع (18–20)غير أن الفشل بعد جراحة أرهوبلازما هو عادة الميكانيكي الحيوي (21)وتؤثر هذه العوامل على الحساسية الميكانيكية لمكونات الركود الكلي للركبة والعظام الداعمة، وحجم القوات على المفاصل المستعادة، وتوزيع الحمولة. As a result, it has been shown that any malalignment will completely change the load distribution on the joint in the applied arthroplasty (22–24)كما تبين أنه ستكون هناك قيود على التحركات المشتركة (25).

مجموع الركبة الرخوة هو قيمة أساسية في المناطق الحساسة من أجل منع حدوث ضغوط عالية على الاتصال، والارتداء العالي، والوقاية من مخاطر اللبس (26)إجراء التقييم عن طريق تحليل العناصر المحددة لحساب ضغوط الاتصال، ومراقبة المناطق ذات الضغط العالي التي تتبع نهجا رقميا للتحقيق في الإمكانية المحتملة الناشئة عن تأثير هذه الحمولات الميكانيكية مجتمعة، وحساب ضغط الاتصال، ومراقبة المناطق ذات الضغط العالي مع اتباع نهج رقمي (27)- تقدم البيانات الداعمة للعيادة إلى المؤلفات بسرعة بهذه الطريقة غير الغازية.

In this study, FEM analysis was shown to be effective in stimulating various conditions and complications in total knee arthroplasty. وتؤكد نمذجة العناصر النهائية على أهمية توزيع الحمولة الميكانيكية الأحيائية خلال فترة الركبة الكاملة. It is also an excellent method to reduce incidence of total knee arthroplasties revision and increase patient satisfaction after total knee arthroplasties.

الإقرارات

مساهمات المؤلفين (CRediT)
ساهم جميع المؤلفين بالتساوي في جميع أدوار CRediT الأربعة عشر (Conceptualization, Data curation, Formal analysis, Funding acquisition, Investigation, Methodology, Project administration, Resources, Software, Supervision, Validation, Visualization, Writing – original draft, Writing – review & editing).
التمويل

No financial support was provided from any institution or organization within the scope of the research.

تضارب المصالح
The authors declared no conflict of interest.
الموافقة الأخلاقية
Since the present research was completely virtual scanning and is not done on any living thing (human or animal), ethical institution approval is not required.
إتاحة البيانات
A data availability statement was not reported in the published version of this article.

المراجع (27)

23 من أصل 27 مرجعًا مرتبطة بمعرّف DOI.

  1. Çeliktaş M, SARPEL DY. Enfekte total diz protezlerinde iki aşamalı revizyon yapilan hastalarda orta ve uzun dönem sonuçlar. Çukurova Üniversitesi. 2007. PubMed Google Scholar
  2. Khan M, Osman K, Green G, Haddad F. The epidemiology of failure in total knee arthroplasty: avoiding your next revision. The bone & joint journal. 2016;98(1_Supple_A):105-12. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  3. Bülbül AM, Batmaz AG. Diz artroplastisinin revizyon komplikasyonları. TOTBID Dergisi. 2015;14(2):140-4. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  4. Popescu R, Haritinian EG, Cristea S. Relevance of finite element in total knee arthroplasty-Literature Review. Chirurgia (Bucharest, Romania: 1990). 2019;114(4):437-42. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  5. Au AG, Liggins AB, Raso VJ, Amirfazli A. A parametric analysis of fixation post shape in tibial knee prostheses. Medical Engineering & Physics. 2005;27(2):123-34. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  6. Latypova A, Pioletti D, Terrier A. Importance of trabecular anisotropy in finite element predictions of patellar strain after total knee arthroplasty. Medical Engineering & Physics. 2017;39:102-5. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  7. Sahu NK, Kaviti AK. A review of use FEM techniques in modeling of human knee joint. Journal of Biomimetics, Biomaterials and Biomedical Engineering. 2016;28:14-25. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  8. Hutter EE, Granger JF, Beal MD, Siston RA. Is there a gold standard for TKA tibial component rotational alignment? Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2013;471(5):1646-53. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  9. Henak CR, Anderson AE, Weiss JA. Subject-specific analysis of joint contact mechanics: application to the study of osteoarthritis and surgical planning. Journal of biomechanical engineering. 2013;135(2). DOI Crossref PubMed Google Scholar
  10. Li J, Hua X, Jin Z, Fisher J, Wilcox RK. Influence of clearance on the time-dependent performance of the hip following hemiarthroplasty: A finite element study with biphasic acetabular cartilage properties. Medical engineering & physics. 2014;36(11):1449-54. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  11. Boccaccio A, Ballini A, Pappalettere C, Tullo D, Cantore S, Desiate A. Finite element method (FEM), mechano-biology and biomimetic scaffolds in bone tissue engineering. International journal of biological sciences. 2011;7(1):112-32. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  12. Mahajan S, Patil R. Optimizing dental implant model by comparison of three dimensional finite element. Int J Innov Res Sci Eng Technol. 2015;4:11223-31. PubMed Google Scholar
  13. Arab AZE-A, Merdji A, Benaissa A, Roy S, Bouiadjra B-AB, Layadi K, et al. Finite-element analysis of a lateral femoro-tibial impact on the total knee arthroplasty. Computer methods and programs in biomedicine. 2020;192:105446. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  14. Mou Z, Dong W, Zhang Z, Wang A, Hu G, Wang B, et al. Optimization of parameters for femoral component implantation during TKA using finite element analysis and orthogonal array testing. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2018;13(1):1-12. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  15. Azam N, Daud R, Ayu HM, Ramli J, Hassan M, Shah A, et al., editors. The effect of knee flexion angle on contact stress of total knee arthroplasty. MATEC Web of Conferences; 2018: EDP Sciences. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  16. Kang K-T, Son J, Kwon O-R, Koh Y-G. Malpositioning of prosthesis: patient-specific total knee arthroplasty versus standard off-the-shelf total knee arthroplasty. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons Global Research & Reviews. 2017;1(4). DOI Crossref PubMed Google Scholar
  17. Moewis P, Checa S, Kutzner I, Hommel H, Duda GN. Physiological joint line total knee arthroplasty designs are especially sensitive to rotational placement–A finite element analysis. PLoS One. 2018;13(2):e0192225. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  18. Healy WL, Della Valle CJ, Iorio R, Berend KR, Cushner FD, Dalury DF, et al. Complications of total knee arthroplasty: standardized list and definitions of the Knee Society. Clinical Orthopaedics and Related Research®. 2013;471(1):215-20. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  19. Çalbıyık M. Clinical outcome of total knee arthroplasty performed using patient-specific cutting guides. Medical Science Monitor: International Medical Journal of Experimental and Clinical Research. 2017;23:6168. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  20. Robertsson O, Dunbar M, Pehrsson T, Knutson K, Lidgren L. Patient satisfaction after knee arthroplasty: a report on 27,372 knees operated on between 1981 and 1995 in Sweden. Acta Orthopaedica Scandinavica. 2000;71(3):262-7. 43 77 Total Knee Arthroplasty with Finite Element Analysis Javid Mohammadzadeh Azarabadi DOI Crossref PubMed Google Scholar
  21. Abolghasemian M, Samiezadeh S, Sternheim A, Bougherara H, Barnes CL, Backstein DJ. Effect of patellar thickness on knee flexion in total knee arthroplasty: a biomechanical and experimental study. The Journal of arthroplasty. 2014;29(1):80-4. PubMed Google Scholar
  22. Norman TL, Hutchison JD, Gardner MR, Blaha MD J. Knee loading due to varus and external rotation in gait supports medial compartment wear in total knee arthroplasty. Journal of Orthopedics and Rheumatism. 2017;1(1):8. PubMed Google Scholar
  23. Browne C, Hermida JC, Bergula A, Colwell Jr CW, D'Lima DD. Patellofemoral forces after total knee arthroplasty: effect of extensor moment arm. The Knee. 2005;12(2):81-8. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  24. Ostermeier S, Stukenborg-Colsman C. Quadriceps force after TKA with femoral single radius: an in vitro study. Acta orthopaedica. 2011;82(3):339-43. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  25. Gallo J, Goodman SB, Konttinen YT, Wimmer MA, Holinka M. Osteolysis around total knee arthroplasty: a review of pathogenetic mechanisms. Acta biomaterialia. 2013;9(9):8046-58. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  26. Sathasivam S, Walker PS, Campbell PA, Rayner K. The effect of contact area on wear in relation to fixed bearing and mobile bearing knee replacements. Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials. 2001;58(3):282-90. DOI Crossref PubMed Google Scholar
  27. Tanska P, Mononen ME, Korhonen RK. A multi-scale finite element model for investigation of chondrocyte mechanics in normal and medial meniscectomy human knee joint during walking. Journal of biomechanics. 2015;48(8):1397-406. DOI Crossref PubMed Google Scholar

اقرأ النص الكامل

افتح ملف PDF هنا

جارٍ تحميل ملف PDF…

إذا لم يظهر ملف PDF هنا، استخدم زر التنزيل أعلاه.

كيف تقتبس هذه المقالة

Azarabadi JM. Evaluation of Total Knee Arthroplasty Surgery with Finite Element Analysis. Ulutas Med J. 2024;10(2):39-43. doi:10.5455/umj.20240305070048

Azarabadi, J. M. (2024). Evaluation of Total Knee Arthroplasty Surgery with Finite Element Analysis. The Ulutas Medical Journal, 10(2), 39–43. https://doi.org/10.5455/umj.20240305070048

Azarabadi, J.M. (2024) 'Evaluation of Total Knee Arthroplasty Surgery with Finite Element Analysis', The Ulutas Medical Journal, 10(2), pp. 39–43. doi: 10.5455/umj.20240305070048.

RIS (EndNote, Zotero) BibTeX JATS XML
تضمين هذه المقالة في موقعك

الصق هذا الكود في صفحتك. تعرض البطاقة العنوان والمؤلفين وDOI وترتبط بالمقالة.

الإبلاغ عن عدم اتساق
أرسل مخطوطة اتصل بنا