Design of a lightweight universal talus implant using topology optimization
Notice bibliographique
Résumé
Total talus replacement is a promising alternative treatment for talus fractures complicated by avascular necrosis and collapse. This surgical option replaces the human talus bone with a customized talus implant and can maintain ankle joint functionality compared to traditional treatment (e.g., ankle fusion). However, the customized implant is costly and time-consuming due to its customized nature. To circumvent these drawbacks, universal talus implants were proposed. While they showed clinically satisfactory results, existing talus implants are heavier than biological talus bones as they are solid inside. This can lead to unequal weight between the implant and biological talus bone, and therefore leading to other complications. The reduction of the implants’ weight without compromising its performance and congruency with surrounding bones is a potential solution. Therefore, this study aims to design a lightweight universal talus implant using topology optimization. This is done through establishing the loading and boundary conditions for three common foot postures: neutral, dorsi- and plantar-flexion. The optimized implant performance in terms of mass, contact characteristics with surrounding joint cartilage and stress distributions is studied using a 3D Finite Element (FE) model of the ankle joint. The mass of the optimized implant is reduced by approximately 66.6% and its maximum stresses do not exceed 70 MPa, resulting in a safety factor of 15.7. Moreover, the optimized and solid implants show similar contact characteristics. Both implants produced peak contact pressures that were approximately 19.0%–196% higher than those produced by the biological talus. While further mechanical testing under in-vivo loading conditions is required to determine clinical feasibility, preliminarily, the use of a lightweight universal implant is expected to provide the patient with a more natural feel, and a reduced waiting period until surgery.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».