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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und
47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

02. - 06.10.2006, Berlin

Verifikation eines Finite-Elemente-Modells einer Hüftendoprothese

Meeting Abstract

  • C. Voigt - Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Leipzig, Leipzig, Germany
  • C. Klöhn - Fachbereich Maschinen- und Energietechnik, HTWK Leipzig (FH), Leipzig, Germany
  • R. Bader - Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Rostock, Rostock, Germany
  • E. Steinhauser - Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Sportorthopädie, Technische Universität München, München, Germany
  • R. Scholz - Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universität Leipzig, Leipzig, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 02.-06.10.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. DocP.2.3.2.1-653

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2006/06dgu0270.shtml

Veröffentlicht: 28. September 2006

© 2006 Voigt et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erstellung eines Finite-Elemente-Modells einer modularen Hüftendoprothese und die Verifizierung des Modells anhand von vorliegenden Messergebnissen von einem Luxationsexperiment von Bader et al. (2004) und Scholz et al. (2003).

Methodik: Mit der FEM-Software Ansys 6.1 (Ansys Inc.) wurde ein dreidimensionales FE-Modell der im Luxationsexperiment verwendeten Implantatkomponenten der Fa. ESKA-Implants (Press-Fit-Pfanne: Gr. 4, außen 56 mm, neutrales UHMWPE-Insert: Gr. 4, innen 28 mm und Hüftstiel „Simplex“: Gr. 3 mit Konus 12/14 und 28-mm-Metallkopf) und der acetabulären Implantataufnahme erstellt. Die konische Klemmung zwischen Insert und Pfanne und die Einbettung der Pfanne in das Gießharz der Implantataufnahme ist im FE-Modell jeweils als kontinuierliche Verbindung modelliert. Das FE-Modell beinhaltet Material- und Kontaktnichtlinearität bei Simulation großer Verschiebungen. Es wurden zwei Lastschritte definiert. Im ersten Lastschritt wurde die acetabuläre Komponente mit einer Gelenkkraft beaufschlagt wie sie am Luxationsprüfstand bei den Versuchen realisiert war: Im zweiten Lastschritt rotiert die femorale Komponente um 20° in die Subluxationsphase und steuert somit kinematisch das Kräftegleichgewicht. Analog der Ergebnisse des Luxationsexperimentes wurde das Kipp-Moment ausgewertet, das in Folge des Impingement-Vorganges in der Lagerung der acetabulären Komponente auftritt. Dieses Moment wird bezüglich des relativen Rotationswinkels der Implantatkomponenten dargestellt und als Widerstandsmoment Mw [Nm] bezeichnet.

Ergebnisse: Die Ergebnisse unserer Finite-Elemente-Berechnung decken sich im Kurvenverlauf der Widerstandsmomente gut mit denen, die am Luxationsprüfstand ermittelt wurden. Mit der Finite-Elemente-Methode war das Widerstandsmoment Mw = 3,3 Nm um ca. 15 % geringer im Vergleich zu dem im entsprechenden Versuch am Luxationsprüfsstand gemessen Mw = 3,8 Nm.

Schlussfolgerung: Im Vergleich der Ergebniskurven fällt auf, dass der Anstieg in allen Phasen des Luxationsvorganges gut übereinstimmt. Die Abweichung des maximalen Wertes des Widerstandsmomentes deutet auf einen Genauigkeitsverlust bei der Übertragung der Randbedingungen des Luxationsprüfstandes auf das dreidimensionale FE-Modell hin. Das FE-Modell kann jedoch hinsichtlich seiner charakteristischen Eigenschaften, der Material- und Struktursteifigkeiten, als verifiziert angesehen werden. Das Modell kann modular um verschiedene Varianten von Implantaten erweitert werden Damit lassen sich vielfältige biomechanische Fragestellungen effizient untersuchen.