A Preliminary Biomechanical Assessment of a Polymer Composite Hip Implant Using an Infrared Thermography Technique Validated by Strain Gage Measurements
Notice bibliographique
Résumé
With the resurgence of composite materials in orthopaedic applications, a rigorous assessment of stress is needed to predict any failure of bone-implant systems. For current biomechanics research, strain gage measurements are employed to experimentally validate finite element models, which then characterize stress in the bone and implant. Our preliminary study experimentally validates a relatively new nondestructive testing technique for orthopaedic implants. Lock-in infrared (IR) thermography validated with strain gage measurements was used to investigate the stress and strain patterns in a novel composite hip implant made of carbon fiber reinforced polyamide 12 (CF/PA12). The hip implant was instrumented with strain gages and mechanically tested using average axial cyclic forces of 840 N, 1500 N, and 2100 N with the implant at an adduction angle of 15 deg to simulate the single-legged stance phase of walking gait. Three-dimensional surface stress maps were also obtained using an IR thermography camera. Results showed almost perfect agreement of IR thermography versus strain gage data with a Pearson correlation of R(2) = 0.96 and a slope = 1.01 for the line of best fit. IR thermography detected hip implant peak stresses on the inferior-medial side just distal to the neck region of 31.14 MPa (at 840 N), 72.16 MPa (at 1500 N), and 119.86 MPa (at 2100 N). There was strong correlation between IR thermography-measured stresses and force application level at key locations on the implant along the medial (R(2) = 0.99) and lateral (R(2) = 0.83 to 0.99) surface, as well as at the peak stress point (R(2) = 0.81 to 0.97). This is the first study to experimentally validate and demonstrate the use of lock-in IR thermography to obtain three-dimensional stress fields of an orthopaedic device manufactured from a composite material.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».