Photoelastic investigation of mechanical problems
in applying acetabulum cups to hip prosthesis
Acta of Bioengineering and Biomechanics
Vol. 8, No. 1, 2006
JANOŠ KODVANJ, STJEPAN JECI
Laboratory of Experimental Mechanics, University of Zagreb, Croatia
RUDOLF BEER, JOSEF EBERHARDSTEINER
Institute for Mechanics of Materials and Structures, Vienna University of Technology, Austria
Acetabulum cups are the counterparts of endoprostheses, which are mounted in the pelvis. There are
different designs of such cups. They differ in their form and in the way of mounting. This paper deals
with the threaded acetabulum cups with conical shape mounted in the pelvis. In general, one has to
distinguish between stresses caused by the mounting process and lifetime stresses of the mounted cup.
Stresses remaining of the mounting must ensure the so-called primary stability; however, they will
disappear to some degree due to rheological properties of bone.
The question arises whether the mounting stresses are responsible for local plastic deformations and
the corresponding residual stresses or not. In this paper, mostly loading stresses and their dependence on
the contact properties between pelvis and cup or between cup and polyurethane inlay are considered.
Key words: biomechanics, hip joint endoprosthesis, threaded acetabulum cup, photoelasticity
بررسی فتوالاستیکی مشکلات مکانیکی در به کارگیری کاپ استابولوم برای پروتزهای مفصل ران
کاپهای استابولوم نقطه مقابل پروتز داخلی که در لگن نصب می شوند، می باشند. طراحی های متفاوتی از چنین کاپ هایی وجود دارد. آنها در شکلشان و طریقه نصب تفاوت دارند. این مقاله در رابطه با کاپ استابولوم پیچ و مهره ای، نصب شده در لگن با شکل مخروطی می باشد. معمولا باید تمایزی بین تنشهای ایجاد شده توسط فرآیند نصب و تنشهای طول عمر کاپ نصب شده باشد. تنشهای باقیمانده از نصب باید اصطلاحا پایداری اولیه را تضمین کنند؛ هر چند آنها در بعضی مراتب به دلیل خصوصیات رئولوژیکی استخوان ناپدید می شوند.
سوال به وجود می آید که آیا تنشهای نصب مسبب تغییر شکلهای پلاستیک محلی و تنشهای باقیمانده مربوط هستند یا نه. در این مقاله، بیشترین تنشهای بارگذاری و وابستگیشان به خصوصیات تماسی بین لگن و کاپ یا بین کاپ و کار گذاری اورتان بررسی شده اند.
واژه های کلیدی: بیومکانیک، اندو پروتزهای مفصل ران یا (مفصل هیپ) ، کاپ استابولوم نخ کشیده، فتوالاستیسیته
1- مقدمه
از یک آزمایش معمولی با کاپ استابولوم پیچ و مهره ای مخروطی می توان دریافت که مشکلات به دلیل یک حالت باقیمانده تنش ناشی از تحقق یافتن نصب می باشند. در بعضی مطالعات تجربی، لرف [1] و رور [2] نشان دادند که مناطق تماسی کاپ ممکن است به دلیل ابزار نصب و اعمال نیروی پیچش به صورت پلاستیک تغییر شکل دهند. در مقالات دو تحقیق نصب متفاوت شرح داده شده است. در اولی، نیروی پیچش به وسیله چهار شکاف در لبه آزاد کاپ اعمال شده است. در تحقیق دوم، نیروی پیچش در سه سوراخ در کف کاپ اعمال شده است. شکلهای 1 و 2 سوراخهای تعبیه شده در کف یک کاپ واقعی از مدل فتوالاستیک مربوط را نشان می دهند. نتایج در مطالعات تجربی استفاده کننده از استخوان مصنوعی نشان می دهد که منطقه و مقدار تغییر شکل پلاستیک در مورد دوم بیشتر از مورد اول است. این به دلیل این حقیقت است که بازوی اهرم در مورد دوم کوچکتر از مورد اول است. مولفان از این نتیجه گرفتند که راه حل دوم شکست پذیرتر از راه حل اول فرض می شود.
تعداد صفحات انگلیسی=8
تعداد صفحات فارسی=9
بررسی فتوالاستیکی مشکلات مکانیکی در به کارگیری کاپ استابولوم برای پروتزهای مفصل ران