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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board Member: Augat, Peter / Gehring, Hartmut / Haueisen, Jens / Jockenhoevel, Stefan / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Niederlag, Wolfgang / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Schmitz, Georg / Stieglitz, Thomas / Witte, Herbert / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen / Wintermantel, Erich /


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1862-278X
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FE-Simulation zur Lokalisierung hoch beanspruchter Bereiche in der Hüftpfanne von Endoprothesen / FE-analysis of surface stresses for the tribological system in total hip prostheses

Bernd-Arno Behrens1 / Gabriele Helms2 / Olaf Pösse3 / Ingo Nolte4 / Andrea Meyer-Lindenberg5 / Pia Rittmann6 / Henning Windhagen7 / Thomas Pressel8

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Korrespondenz: Dipl.-Ing. Gabriele Helms, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM), Leibniz Universität Hannover, Produktionstechnisches Zentrum Hannover (PZH), An der Universität 2, 30823 Garbsen, Deutschland Tel.: +49-511-762 2161 Fax: +49-511-762 3007

Citation Information: Biomedizinische Technik. Volume 51, Issue 5/6, Pages 367–370, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: 10.1515/BMT.2006.071, December 2006

Publication History

Published Online:
2006-12-07

Zusammenfassung

Die Implantation einer Hüfttotalendoprothese ist ein operativer Eingriff, der in Deutschland häufig aufgrund eines fortgeschrittenen Hüftgelenkschadens sowohl beim Menschen als auch in der Veterinärmedizin beim Hund durchgeführt wird. Das Langzeitergebnis einer Hüfttotalendoprothese wird hauptsächlich durch die aseptische Lockerung der Prothese bestimmt; Abriebpartikel der Gleitpaarung sind für eine Lockerung mit verantwortlich. Zur Analyse der Oberflächenspannungen bei unterschiedlichen Gleitpaarungen wurde ein Finite-Element-Modell generiert, das auf den CAD-Daten einer handelsüblichen Hüfttotalendoprothese basiert. Nach Einleitung einer physiologischen Gelenkkraft wurden Spannungen in den Komponenten der drei Gleitpaarungen Keramik/Polyethylen, Keramik/Keramik und Metall/Polyethylen berechnet. Dabei zeigten sich bei der Gleitpaarung Keramik/Keramik deutlich höhere Spitzenspannungen als bei den beiden übrigen Gleitpaarungen. In weiteren Arbeiten sollen angepasste Prothesen entwickelt werden, die optimale Reib- und Dämpfungseigenschaften der Komponenten sicherstellen.

Abstract

The implantation of a total hip prosthesis is an operation which is performed frequently due to advanced hip joint damage both in humans and in veterinary medicine in dogs. The long-term result of a hip prosthesis is mainly determined by aseptic loosening of the prosthesis; among other causes, abrasion particles of the tribological pairing are responsible for the loosening. For the analysis of the surface stresses with different tribological pairings, a finite element model was generated which was based on the CAD data of a commercial total hip prosthesis. After transmission of a physiological force in the components of the three tribological pairings ceramic/polyethylene, ceramic/ceramic and metal/polyethylene, stresses were calculated. Stresses in the ceramic/ceramic tribological pairings were conspicuously higher than in the other material pairings. In the future adapted prostheses have to be developed that ensure optimal friction and absorption characteristics of the components.

Keywords: Dehnung; FEM; Hüftendoprothese; Spannungsverteilung; Verschleiß; FEA; hip prosthesis; load distribution; strain; wear

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