Assistance of hip resurfacing using finite element method

Introduction and aim: The study presents the modelling of overlay elements used in hip resurfacing and their virtual application into reconstructed patient’s bone structures that had been imaged in Computed Tomography (CT). The aim of the paper was the strength analysis with the use of the finite element method conducted in the hip joint with hip resurfacing endoprosthesis. Material and methods: The material to the analysis was the hip resurfacing endoprosthesis Durom^TM Hip Resurfing firm Zimmer, in which both tribological elements were made from alloy Co28Cr6Mo/Protasul^® 21 WF (ISO 5832-12). The numerical calculations were carried out and distributions of stresses and displacements were determined for the locomotive loads in the FEMAP NE/Nastran v. 8.3 software. Results: The results allowed to perform strength analysis of constructional elements of the endoprosthesis and estimate their contact with pelvis bone and femoral bone of the operated hip. Conclusion: The connection of hard metal acetabular shell with femoral component increases strength and resistance to wear, but it can also cause an excessive stiffening of the system and asymmetric concentration of stresses in the zone of the tribological contact.

Wstęp i cel: W opracowaniu przedstawiono modelowanie elementów nakładkowych stosowanych w kapoplastyce stawu biodrowego i ich wirtualną aplikację do odwzorowanych w tomografii komputerowej i zrekonstruowanych struktur kostnych pasa biodrowego pacjenta. Celem badań była analiza wytrzymałości z wykorzystaniem metody elementów skończonych prowadzonej w stawie biodrowym udowej endoprotezy nawierzchni. Materiał i metody: Materiał do analizy to endoprotezy DuromTM hip nawierzchni Hip Resurfing firmy Zimmer, w którym oba elementy tribologiczne zostały wykonane ze stopu Co28Cr6Mo / Protasul® 21 WF (ISO 5832-12). Dla obciążeń lokomocyjnych, w programie FENAP NE/Nastran v. 8.3, przeprowadzono obliczenia numeryczne i wyznaczono rozkłady naprężeń i przemieszczeń w implantowanym biodrze. Wyniki: Wyniki pozwoliły na analizę wytrzymałościową elementów konstrukcyjnych endoprotezy oraz na ocenę ich kontaktu z kością miedniczną i kością udową operowanego biodra. Wniosek: Połączenie panewki o powłoce metalowej z częścią kości udowej zwiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie, ale również może powodować nadmierne usztywnienie systemu i asymetrycznym koncentracji naprężeń w strefie tribologicznym kontaktu.