The Biomechanics of a Validated Finite Element Model of Stress Shielding in a Novel Hybrid Total Knee Replacement
Notice bibliographique
Résumé
This study proposes a novel hybrid total knee replacement (TKR) design to improve stress transfer to bone in the distal femur and, thereby, reduce stress shielding and consequent bone loss. Three-dimensional finite element (FE) models were developed for a standard and a hybrid TKR and validated experimentally. The Duracon knee system (Stryker Canada) was the standard TKR used for the FE models and for the experimental tests. The FE hybrid device was identical to the standard TKR, except that it had an interposing layer of carbon fibre-reinforced polyamide 12 lining the back of the metallic femoral component. A series of experimental surface strain measurements were then taken to validate the FE model of the standard TKR at 3000 N of axial compression and at 0 degreeof knee flexion. Comparison of surface strain values from FE analysis with experiments demonstrated good agreement, yielding a high Pearson correlation coefficient of R(2)= 0.94. Under a 3000N axial load and knee flexion angles simulating full stance (0O degree, heel strike (200 degrees, and toe off (600 degrees during normal walking gait, the FE model showed considerable changes in maximum Von Mises stress in the region most susceptible to stress shielding (i.e. the anterior region, just behind the flange of the femoral implant). Specifically, going from a standard to a hybrid TKR caused an increase in maximum stress of 87.4 per cent (O0 degree from 0.15 to 0.28 MPa), 68.3 per cent (200 degrees from 1.02 to 1.71 MPa), and 12.6 per cent (600 degrees from 2.96 to 3.33 MPa). This can potentially decrease stress shielding and subsequent bone loss and knee implant loosening. This is the first report to propose and biomechanically to assess a novel hybrid TKR design that uses a layer of carbon fibrereinforced polyamide 12 to reduce stress shielding.
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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 | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 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 | 0,001 |
| 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 ».