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

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

Araştırma Makalesi · Açık erişim

Finite Element Analizi ile Total Diz Arthroplasty Cerrahisinin Değerlendirilmesi

Başlık, özet ve tam metin makine çevirisidir. İngilizce aslı

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

Özet

Giriş: Bu çalışma, sonlu element yönteminin (FEM) toplam diz arthroplasti (TKA) gerekliliğini düzeltmeyi amaçlamaktadır. Malzemeler ve Yöntemler: Çalışmamızda, TKA sistemi Femmoral ve tibial kemiklerde implante edildi, üç boyutlu FEM tarafından sayısal olarak analiz edildi. Sonuçlar ve TKA modeli 3D SolidWorks 3D yazılımına transfer edilmiştir. Bu çalışmanın uygulama yönü, diz ekleminin ve TKA'nın distal kemik kısımları arasındaki etkileşimde stres dağılımına odaklanmaktadır. Çalışmamız implantlarda yük dağılımı ve normal cerrahi prosedürde uygulanan gösteri verileri sunar. Yük dağılımı da analiz edildi ve valgus derecesi 3 derece azaltıldı. Bu durum, gelecekte erken polietilen korozyon ve başarısızlığı tahmin etmemize yardımcı oldu. Sonuçlar: valgus açısı 3° tarafından azaltıldığında, implantlardaki yük dağılımı özellikle polietilen eklentide arttı. Bu, gelecekte erken polietilen aşınma ve başarısızlık tahminine yol açtı. Sonuç: FEM, TKA sırasında biyomekanik yük dağılımının önemini vurgulamaktadır. Ayrıca TKA revizyonunu azaltmak ve TKA'dan sonra hasta memnuniyeti artırmak için iyi bir yöntemdir.

Anahtar kelimeler

Tam metin

Tam metnin makine çevirisidir; yayımlanmış asıl sürüm İngilizce metindir. İngilizce aslı

Giriş Giriş

Toplam diz sanatının ana hedefleri mevcut diz ağrısını rahatlatmak, daha düşük ekstremiteyi yeniden organize etmek, diz eklem hareketini geri kazanmak ve ortak stabiliteyi geri yüklemektir. (1)Toplam diz sanatının klinik sonuçları genellikle iyi olsa da, 10 yıllık revizyon oranı literatürde% 5 olarak rapor edilmiştir. (2)Bu sonuçlar, ilk polietilen korozyon, yetersizlik, enfeksiyon ve asptik gevşekleştirme nedeniyledir. (3). Sonlu elemanlar yöntemi, bilgisayar programında mevcut mekanik yapıların fiziksel özelliklerini girerek ve hareket edecek güçleri hesaplayarak çevrenin karmaşık bir geometrik yapısı üzerinde çalışır. Ayrıca, malzemelerin homojen veya heterojen olup olmadığı veya izotropik veya anisotropic olup olmadığına bakılmaksızın malzemeler modellemektedir. Malzemelerin modellemesi iki aşamadan oluşur. Bunlar ön işleme ve post-işlem aşamalarıdır. İlk aşama sonlu elementlerin seçimi ve ikinci aşama, seçilen malzemeler arasındaki stres koşullarının simülasyonudur. Sonuç olarak, parametrik sonuçlar ortaya çıkar ve rehberlik klinikleri (4)Sonuç olarak, toplam diz arthroplastinin revizyonunun gerekliliğini azaltmak amaçlanmıştır ve revizyon nedenleri ile mümkün olduğunca. Amaç, toplam diz arthroplastlarını revize etme ihtiyacını azaltmak için revizyon nedenleri ile mümkün olduğunca azaltmak.

Hesaplamalı tomografi ile yapılan kemik modellerini kurtardıktan sonra, modelleme genellikle Cosmos, Catia, Abaqus ve özellikle Ansysy gibi programları kullanılarak oluşturulur. Modellendiğinde, kemik nesnesinin anisotropy ve heterojenliği dikkate alınmalıdır. Bu optimal sonuçlar açısından önemlidir (5)Kemikin anisotropyunu dikkate alma, sayısal verilerin yanlış anlaşılmasına yol açıyor. (6). Arthroplasti'de uygulanan protez materyali bir mikrolaser ile taranır ve seçilen yazılımların sonuçlarına entegre edilen 3D elementleri kullanarak bir model oluşturulur. Yazılımın son bölümünde, kullanılan implantların kemik özelliklerinin ve metal özelliklerinin stres koşulları modellenmiştir. (7).

Mevcut çalışma, toplam diz sanatlarında sonlu elementlerin önemini göstererek revizyon ihtiyacını en aza indirmeyi amaçlamaktadır.

Malzemeler ve Yöntemler

Günlük yaşam faktörleri tarafından üretilen biyomekanik faktörler, toplam diz arthroplastisinin sağlığını ve süresini belirlemek için önemlidir. (8)Sonlu analiz yöntemiyle, prosthesis bileşenlerinin yüzey bağlantıları arasındaki mekanik iletişim sayısal olarak belirlenir. (9)Modelde yaratılan kemik dokusuna uygulanan FE analizi, yapılan çalışmaların stres ve susal yanıtlarının yapıya uygulanmasına izin verir. (10)Öte yandan, bu yöntem aynı zamanda musculo iskelet yapılarının deformasyonlarını tahmin etmek ve biyofiziksel stimulileri hücresel düzeyde araştırmak için de kullanılır. (11).

modal tasarımı

Femur ve tibia kemik bölümleri bilgisayarlı tomografi tarafından tarandı. Sonuçlar ve toplam diz arthroplasti modeli 3D SolidWorks yazılımına transfer edildi (Dasault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, Fransa, 2012). Oluşturulan model Şekil 1.

Bu çalışmanın uygulama yönü, femur'ın distal kemik kısımları ve tibia ve total diz arthroplasti arasındaki etkileşime odaklanır. Böylece, diz eklemindeki kemiklerin distal ve proksimal bölgelerindeki stres faktörleri açıkça anlaşılmıştı. Sayısal verilerin doğruluğunu sağlamak için 0.3 ve 1 mm arasında büyüklükteydi. (12).

Her sistem bileşeni için mekanik verileri doğru tanımlanmış parametrelere dayanan sayısal analizler ile hesaplamak mümkündür. Sonuçlar kullanıcı için anlamlı hale getirmek için, farklı renkli gradients görünür. Bu dereceler maviden kırmızıya değişir. gradient rengi kırmızı olarak görünür, stres noktalarının yüksek olduğu yerde. Şekil 2, sanathroplasti'nin yük dağılımını gösteriyor (13).

Sonuçlar Sonuçlar Sonuçlar Sonuçlar

Minimal pozisyon değişiklikleri sanathroplasti yerleştirme sırasında daha önemli sonuçlar olabilir (14)Bu, diz arthroplasti'nin maksimum uyum sağlamak için kişiselleştirilmiş olması gerektiğini ve etkisinin daha yüksek olması gerektiğini belirtti. (15)Toplam diz arthroplasti, modellerdeki kaslarda farklı etkilere sahip ve arka cruciate bağını kesmekle gösterilmiştir. (16)Arthroplasti sırasında 5-10 derece malrotasyonun daha önemli bir etkiye neden olduğunu ve medya bölmelerinde baskı artırdığını tespit edilmiştir. (17).

Normal cerrahi prosedürde uygulanan implantlar üzerindeki yük dağıtım ve gösteri verileri Şekil 2. Aynı zamanda, yük dağılımı üç derece azaltıldı. Bu kez, artan yük dağılımı, özellikle de polietilen eklerde medya bölmesinde gözlemlendi. Bu, Şekil-3'te gösterilmiştir. Bu durum, gelecekte erken polietilen korozyon ve başarısızlığı tahmin etmemize yardımcı oldu.

Şekil 1: Admur, tibia ve toplam diz arthroplasti
Figure 1. Femin 3D modeli, tibia ve toplam diz sanatıhroplasty
Şekil 2: a: Femoral bileşeni, b: Tibial bileşeni, c: Poliklin
Figure 2. A: Femoral bileşeni, b: Tibial bileşeni, c: Polipropan
Şekil 3: Valgus açısı 3 derece azaltıldı ve medya alanında yük dağıtımını protesto etti.
Figure 3. Valgus açısı 3 derece azaltıldı ve medya alanında yük dağıtımını protesto etti.

Tartışma Tartışma Tartışma

Ortopedik cerrahi disiplininde, toplam diz arthroplasti hastanın şiddetli acı ve işlevsel başarısızlığında uygulanacaktır. Birçok klinik çalışma, toplam diz arthroplasti başarı oranının yüksek olduğunu gösteriyor (18–20)Bununla birlikte, arthroplasty cerrahi sonrası başarısızlık genellikle biyomekanikdir. (21).Bu faktörler toplam diz arthroplastinin bileşenlerinin mekanik sertliklerini ve destek kemiklerini etkiler, restore edilen eklem üzerindeki güçlerin büyüklüğü ve yük dağıtımını etkiler. Sonuç olarak, herhangi bir yetersizlik, uygulanan arthroplasty'deki eklemdeki yük dağıtımını tamamen değiştirecektir. (22–24)Ayrıca, ortak hareketlerdeki kısıtlamalar olacağını da göstermiştir. (25).

Total diz arthroplasty, yüksek kontak streslerini, yüksek aşınmayı önlemek için hassas alanlarda temel bir değerdir ve aşınma riskinin önlenmesidir. (26). Değerlendirme, iletişim baskılarını hesaplamak ve sayısal bir yaklaşımla ilgili potansiyel olasılığı araştırmak için sayısal bir yaklaşımla yüksek basınçlı alanları incelemek için sonlu elemanlar analizi ile yapılır ve iletişim basıncı hesaplamak için, ve yüksek basınçlı alanları sayısal bir yaklaşımla gözlemleyin. (27). Klinikleri destekleyen veriler, bu invazif olmayan yöntemle hızla literatüre sunulur.

Bu çalışmada, FEM analizi, tüm diz arthroplasti'nde çeşitli koşulları ve komplikasyonları teşvik etmede etkili olduğu gösterilmiştir. Finite element modelleme, toplam diz arthroplasti sırasında biyomekanik yük dağılımının önemini vurgulamaktadır. Ayrıca toplam diz arthroplasti vakalarını azaltmak ve toplam diz arthroplastlarından sonra hasta memnuniyeti artırmak için mükemmel bir yöntemdir.

Beyanlar

Yazar katkıları (CRediT)
Tüm yazarlar 14 CRediT rolünün tamamına eşit katkıda bulunmuştur (Conceptualization, Data curation, Formal analysis, Funding acquisition, Investigation, Methodology, Project administration, Resources, Software, Supervision, Validation, Visualization, Writing – original draft, Writing – review & editing).
Fon desteği

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

Çıkar çatışması
The authors declared no conflict of interest.
Etik kurul onayı
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.
Veri erişilebilirliği
A data availability statement was not reported in the published version of this article.

Kaynaklar (27)

27 kaynağın 23 tanesi DOI bağlantılı.

  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

Tam metni okuyun

PDF'yi burada aç

PDF yükleniyor…

PDF burada görünmezse yukarıdaki indirme düğmesini kullanın.

Bu makaleye nasıl atıf yapılır

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
Bu makaleyi sitenize ekleyin

Bu kodu sayfanıza yapıştırın. Kart başlığı, yazarları ve DOI'yi gösterir ve makaleye bağlantı verir.

Uyumsuzluk bildir
Makale gönder İletişim