Etude De Comportement En Rupture Des Protheses Totale De Hanche De Type Spacer

Abstract

الملخص (بالعربية) :

يعتبر تصميم الأطراف الاصطناعية مشتركة لمفصل الورك عملية معقدة تتطلب تعاونًا وثيقًا بين المهندسين والجراحين لذا يجب على مصممي أنظمة الزرع مواجهة تحديد خصائص المواد الحيوية والمشاكل البيوميكانيكية بما في ذلك القوى المطبقة على الفسائل ، ونقل القوى عبر السطوح البينية ، واستجابة الأنسجة البينية. كما يتم استخدام الفواصل الإسمنتية على نحو متزايد لتنقيح المفاصل. لقد تم في هذه الدراسة استخدام طريقة العناصر المحددة ثلاثية الأبعاد (MEF) لتحليل السلوك الميكانيكي لسبايسر المعزز من الاسمنت العظمي (PMMA) وذلك عن طريق حساب الحد الأقصى للإجهاد. إن الحد من الضغط على اسمنت العظام وعظم الفخذ أهم عامل في هذا التصميم. تم استخدام تقنية إجهاد العناصر المحدودة والتصميم التجريبي في تحسين الميزات الميكانيكية لمكونات الورك الاصطناعي. كما يستخدمMEF في تحليل سلوك كسر الفواصل المعززة بدعامة مسطحة أو بقضيب من التيتانيوم والسيراميك والفولاذ المقاوم للصدأ . إن الإجهاد وعامل شدته على طول طرف الصدع هي القيم التي تطرح الإشكالية. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم طريقة العناصر المحدودة لمحاكاة بدء وتمدد الصدع في فاصل الإسمنت غير المدعم. ليسمح لنا هذا التحليل بتحديد تأثير المادة على أداء الأطراف الاصطناعية المعززة. وهذا يساعد المصممين على تحسين جودة و صلابة الأطراف الاصطناعية. الكلمات المفتاحية: التحسين، تقويم مفاصل الورك بالكامل، سبايسر ، التعزيز ، العناصر المحددة ثلاثية الأبعاد ، الكسر

Résumé (Français) : La conception des PTH est un processus complexe qui nécessite une coopération entre les ingénieurs et les chirurgiens. Les concepteurs de systèmes implantaires doivent faire face aux problèmes biomatériaux et biomécaniques, y compris les forces in vivo sur les implants et la transmission de la charge à l'interface. Les spacers en ciment sont de plus en plus utilisés. Dans cette étude, la méthode tridimensionnelle des éléments finis (FEM) est utilisée pour analyser le comportement mécanique du spacer renforcé du ciment osseux (PMMA) en calculant la contrainte maximale. L'un des facteurs le plus important dans la conception de renforcement est de réduire les contraintes sur le ciment osseux et le fémur. La conception expérimentale a été utilisée pour optimiser les propriétés mécaniques des composants. Le XFEM est également utilisé pour analyser le comportement à la rupture des prothèses renforcées par des tiges pleines en titane, en céramique et en acier inoxydable. Les matériaux sons considérés élastique, linéaire. La contrainte de von Mises et le facteur d'intensité de contrainte le long du fond de fissure sont les valeurs qui posent problème. De plus, la méthode des éléments finis est utilisée pour simuler l'amorçage et la propagation de la fissure dans le spacer de ciment non renforcé. Cette analyse nous permet de déterminer l'effet du matériau sur les performances des prothèses renforcées. On peut ainsi aider les concepteurs à améliorer la qualité et la durabilité des prothèses. Les mots clés : optimisation, arthroplastie totale de la hanche, spacer, renforcement, FEM, rupture.

Résumé (Anglais) :

The design of hip joint prostheses is a complex process that requires close co-operation between engineers and surgeons. The designers of implant systems must confront biomaterial and biomechanical problems, including in vivo forces on implants, load transmission to the interface, and interfacial tissue response. Cement spacers are being increasingly used for revision arthroplasty. In this study, a three-dimensional finite elements method (FEM) is used to analyse the mechanical behaviour of the reinforced spacer out of the bone cement (PMMA) by computing the maximum stress. One of the most important factors in the reinforce design is to reduce stresses on the bone cement and the femur. The finite element stress technique and experimental design have been used to optimize the mechanical proprieties of the components of artificial hip spacer. The FEM is also used to analyze the fracture behavior of the spacers reinforced with titanium, ceramic and stainless steel full stems. Linear elastic analysis is adapted; von Mises stress and stress intensity factor along the crack tip are the values that are of concern. In addition, the extended finite element Method is used for simulating the crack initiation and propagation in the non-reinforced cement spacer. This analysis permits us to determine the effect of material on the reinforced spacer performances. One can thus help the spacer designers to improve the prostheses quality and durability. Keywords: Optimization, Total hip arthroplasty, Spacer, Reinforcement, FEM, Fracture.