Analyse de la pression de contact dans un modèle 3D de double

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3564 (2023) Citer cet article

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Les prothèses de l’articulation de la hanche sont utilisées pour remplacer la fonction de l’articulation de la hanche dans le corps humain. La dernière prothèse d'articulation de hanche à double mobilité comporte un composant supplémentaire constitué d'un revêtement extérieur qui agit comme un revêtement pour le composant de revêtement. La recherche sur la pression de contact générée sur le dernier modèle de prothèse d’articulation de hanche à double mobilité sous un cycle de marche n’a jamais été réalisée auparavant. Le modèle est fabriqué en polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE) sur le revêtement intérieur et en acier inoxydable 316L (SS 316L) sur le revêtement extérieur et la cupule acétabulaire. La modélisation de simulation utilisant la méthode des éléments finis est considérée comme un chargement statique avec un solveur implicite pour étudier la conception des paramètres géométriques des prothèses d'articulation de la hanche à double mobilité. Dans cette étude, une modélisation de simulation a été réalisée en appliquant différents angles d'inclinaison de 30°, 40°, 45°, 50°, 60° et 70° au composant de la cupule acétabulaire. Des charges tridimensionnelles ont été placées sur des points de référence de la tête fémorale avec des variations du diamètre de la tête fémorale utilisées à 22 mm, 28 mm et 32 ​​mm. Les résultats sur la surface interne du revêtement interne, la surface externe du revêtement externe et la surface interne de la cupule acétabulaire ont montré que les variations de l'angle d'inclinaison n'ont pas d'effet majeur sur la valeur maximale de la pression de contact sur le composant du revêtement. , où la cupule acétabulaire avec un angle d'inclinaison de 45° peut réduire la pression de contact plus que les autres variations d'angle d'inclinaison étudiées. De plus, il a été constaté que le diamètre de 22 mm de la tête fémorale augmente la pression de contact. L'utilisation d'une tête fémorale de plus grand diamètre avec une configuration de cupule acétabulaire inclinée à 45° peut minimiser le risque d'échec de l'implant dû à l'usure.

Une prothèse de hanche à double mobilité a été introduite pour réduire le risque de luxation jusqu'à un taux de luxation de 0,9 % pendant 10 ans d'utilisation1 et augmenter la stabilité globale et l'amplitude de mouvement2,3. Il a été conçu pour augmenter l’amplitude de mouvement lors d’une utilisation quotidienne4. Une amplitude de mouvement étendue peut éviter un conflit dans la prothèse de l'articulation de la hanche. Deux interactions générales qui se produisent dans un modèle conventionnel de prothèse d'articulation de la hanche à double mobilité sont la cupule acétabulaire avec le revêtement et le revêtement avec la tête fémorale, provoquant une usure à deux endroits différents5,6.

Le polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMWPE) est un matériau largement utilisé, notamment comme matériau de support pour la chirurgie de remplacement de l'articulation de la hanche7,8. Le type d'UHMWPE utilisé dans le domaine médical a un poids moléculaire allant de 3,5 à 6 millions de g/mol et présente un degré de cristallinité allant de 50 à 55 %9. De plus, les métaux sont largement utilisés dans le domaine orthopédique, tant dans les équipements temporaires que permanents. L’utilisation du métal dans les équipements orthopédiques permanents (prothèses) ne peut être séparée de la prise en compte des réactions chimiques qui peuvent se produire lorsque des débris métalliques interagissent avec les tissus corporels, notamment les os10,11,12.

Adam et al.13 ont découvert qu'il existe deux types d'usure. L'usure résultant de l'interaction d'une surface convexe a une valeur plus grande que celle qui se produit sur une surface concave. L’ostéolyse et la métallose sont causées par des débris résultant de l’usure des composants des prothèses de hanche à double mobilité14,15. Pour réduire la quantité de débris d'usure en polyéthylène, un composant de couverture en métal a été ajouté au revêtement afin que la surface convexe en polyéthylène ne subisse pas d'usure importante. De plus, le modèle de prothèse d'articulation de la hanche à double mobilité de Saputra et al.16 comporte un composant de revêtement externe supplémentaire qui recouvre l'intégralité du revêtement en polyéthylène.

Les tests expérimentaux et cliniques visant à évaluer l’usure des prothèses d’articulation de la hanche à double mobilité nécessitent des coûts plus élevés, des équipements sophistiqués et des délais plus longs17,18,19. Pour éviter les obstacles rencontrés par les études expérimentales et cliniques, les simulations informatiques basées sur la méthode des éléments finis peuvent constituer une option stratégique20,21. Cette approche peut également servir de base à des recherches initiales sur le développement d'une prothèse d'articulation de la hanche à double mobilité avec divers paramètres afin qu'elle puisse évaluer les coûts et l'énergie gaspillée en essais et erreurs avant de poursuivre les tests expérimentaux et cliniques plus tard. recherche. La simulation informatique joue un rôle clé dans la prévision de la pression de contact et des efforts visant à la réduire avec divers paramètres étudiés dans une prothèse d'articulation de hanche à double mobilité. La pression de contact est un aspect important car elle a une relation linéaire avec l’usure, qui est l’une des causes d’échec des implants22,23.