解剖学的および逆肩の補綴物におけるポリエチレン摩耗の計算分析

超高分子量ポリエチレン、UHMWPEの摩耗は、股関節、膝、肩の関節補綴物の故障に関連しています。in vitroの実験は一般に高価すぎて時間がかかることを考慮すると、計算モデルはUHMWPEコンポーネントの摩耗行動を研究するための魅力的な代替手段です。本研究の目的は、解剖学的および逆肩の補綴物の耐摩耗性を評価するための計算摩耗モデルを開発することでした。摩耗法の効果と摩耗の予測に対するUHMWPE表面の更新も考慮されました。Archardの法則とは別に、新しい摩耗法、いわゆる第2世代の法律は、クロスせん断と圧力に依存しない摩耗因子の概念を含む、考慮されました。摩耗分析は、3つの肩関節の動きを考慮して実行されました。適用された筋肉と関節の反応力は、上肢の逆の生体力学的モデルによって推定されました。結果は、研磨摩耗が解剖学的コンポーネントと同様に逆コンポーネントにとって重要であることを示しています。それにもかかわらず、1年にわたって推定される体積摩耗は、骨溶解のリスクを減らすために臨床的に望ましいと考えられる範囲内です。解剖学的要素の場合、Archardの法則からの予測は、第2世代の法律の予測と比較して、文献で利用可能な実験的および臨床データと比較しています。しかし、逆コンポーネントでは逆の結果が得られます。数値の観点から、数値予測を改善するために、UHMWPE表面の更新手順が必須です。

The wear of ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE, components has been associated with the failure of joint prostheses in the hip, knee, and shoulder. Considering that in vitro experiments are generally too expensive and time-consuming, computational models are an attractive alternative to study the wear behavior of UHMWPE components. The objective of the present study was to develop a computational wear model to evaluate the wear resistance of anatomical and reverse shoulder prostheses. The effects of the wear law and the updating of the UHMWPE surface on the prediction of wear were also considered. Apart from Archard's law, a new wear law, so-called second generation law, which includes the concept of cross-shear and a pressure-independent wear factor, was considered. The wear analyses were performed considering three shoulder joint motions. The muscle and joint reaction forces applied were estimated by an inverse biomechanical model of the upper limb. The results show that abrasive wear is as important for the reverse components as it is for the anatomical. Nevertheless, the volumetric wears estimated over 1 year are within the range considered clinically desirable to reduce the risk of osteolysis. For the anatomical components, the predictions from Archard's law compare better, than those of the second generation law, to the experimental and clinical data available in the literature. Yet, the opposite result is obtained for the reverse components. From the numerical point of view, an updating procedure for the UHMWPE surface is mandatory to improve the numerical predictions.