股関節インプラントのモジュラーテーパーインターフェイスで適応メッシュを使用した有限要素摩耗予測

総股関節関節形成術でのモジュラーコンポーネントを使用すると、フレッティングと腐食が発生する可能性を伴う追加の界面が導入されました。この界面でのフレッティングと腐食は、インプラントシステムの早期故障の潜在的な原因として報告されています。有限要素（FE）を使用すると、テーパージャンクションでメカニズムを分析できます。ただし、ほとんどのFE研究は単一の負荷条件に基づいており、時間の経過とともにジオメトリの変化を考慮していません。したがって、この研究では、FERルーチンが開発されました。そこでは、フレッティングプロセス中の材料除去を考慮するために、インプラントジオメトリへの適応が行われました。材料除去は、Archardの法則に基づいてシミュレートされ、接触圧力、マイクロモーション、およびin vitroフレッティングテストからの入力を使用した摩耗係数を組み込みました。2.7*10-5mm3/NMMの摩耗係数を使用して、1,000万サイクル後に0.79mm3の測定された実験容量摩耗に予測される体積摩耗を一致させました。見つかった最大実験的摩耗の深さは30.5±17µmでしたが、Feは27µmの最大摩耗深さを予測しました。適応型メッシュメソッドは、適応メッシュなしで単一のサイクルをモデリングする結果と比較して、実験テストデータにより類似した結果をもたらしました。

The use of modular components in total hip arthroplasty introduced an additional interface with the potential for fretting and corrosion to occur. Fretting and corrosion at this interface have been reported as a potential cause of early failure of the implant system. Using finite element (FE) analyses the mechanics at the taper junction can be studied. However, most FE studies are based on a single load condition and do not take geometry changes over time into account. Therefore, in this study an FE routine was developed, in which adaptations to the implant geometry are made to account for material removal during the fretting process. Material removal was simulated based on Archard's Law, incorporating contact pressure, micromotions and a wear factor which used input from in vitro fretting tests. A wear factor of 2.7*10-5mm3/Nmm was used to match the FE predicted volumetric wear to the measured experimental volumetric wear of 0.79mm3 after 10 million cycles. The maximum experimental wear depth found was 30.5 ± 17µm, while the FE predicted a maximum wear depth of 27µm. The adaptive meshing method has delivered results that are more similar to the experimental test data in comparison to the results from modelling a single cycle without adaptive meshing.