Published March 13, 2018 | Version v1
Publication Open

Damage of the Bone-Cement Interface in Finite Element Analyses of Cemented Orthopaedic Implants

  • 1. Université Djilali de Sidi Bel Abbès

Description

In orthopedic surgery and particularly in total hip arthroplasty, fixation of femoral implant is generally made by the surgical cement. Bone–cement interface has long been implicated in failure of cemented total hip replacement (THA), it is actually a critical site that affect the long-term stability and survival of prosthetic implants after implantation. The main purpose of this study is to investigate the effect of cement penetration into the bone on damage scenario at the interface. Previously most researchers have been performed to study damage accumulation in the cement mantle for different amount of cement penetration. In this work, bone–cement interface integrity has been studied for different mechanical properties. Cohesive traction separation law is used to detect contact damage between cement and bone. Results showed that a larger debonded area was predicted proximally and distally. Adhesion between bone and cement is affected mainly by cement penetration into the bone. Higher cement penetration into the bone leads to a good load transfer. A lower strength of the bone–cement interface due to a lower mechanical property results in faster interface damage. So we advise surgeons to well perpetrate the bone for long-term durability of cemented THA.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في جراحة العظام وخاصة في رأب مفصل الورك الكلي، يتم تثبيت غرسة الفخذ بشكل عام عن طريق الأسمنت الجراحي. لطالما كانت واجهة الأسمنت العظمي متورطة في فشل استبدال مفصل الورك الكلي بالأسمنت (THA)، وهو في الواقع موقع حرج يؤثر على الاستقرار والبقاء على المدى الطويل للغرسات التعويضية بعد الزرع. الغرض الرئيسي من هذه الدراسة هو التحقيق في تأثير اختراق الأسمنت في العظم على سيناريو التلف في الواجهة. في السابق، تم إجراء معظم الباحثين لدراسة تراكم الأضرار في عباءة الأسمنت لكمية مختلفة من اختراق الأسمنت. في هذا العمل، تمت دراسة سلامة السطح البيني للعظام والأسمنت لخصائص ميكانيكية مختلفة. يستخدم قانون فصل الجر المتماسك للكشف عن تلف التلامس بين الأسمنت والعظام. أظهرت النتائج أنه تم التنبؤ بمنطقة مستعبدة أكبر بشكل قريب وبعيد. يتأثر الالتصاق بين العظم والأسمنت بشكل أساسي باختراق الأسمنت في العظم. يؤدي اختراق الأسمنت العالي للعظم إلى نقل جيد للحمولة. تؤدي القوة المنخفضة للواجهة العظمية الأسمنتية بسبب انخفاض الخاصية الميكانيكية إلى تلف أسرع للواجهة. لذلك ننصح الجراحين بتثبيت العظم بشكل جيد لضمان متانة طويلة الأمد.

Translated Description (French)

En chirurgie orthopédique et en particulier en arthroplastie totale de la hanche, la fixation de l'implant fémoral est généralement réalisée par le ciment chirurgical. L'interface os-ciment a longtemps été impliquée dans l'échec du remplacement total de la hanche cimenté (THA), c'est en fait un site critique qui affecte la stabilité à long terme et la survie des implants prothétiques après l'implantation. L'objectif principal de cette étude est d'étudier l'effet de la pénétration du ciment dans l'os sur le scénario de dommages à l'interface. Auparavant, la plupart des chercheurs ont étudié l'accumulation de dommages dans le manteau de ciment pour différentes quantités de pénétration du ciment. Dans ce travail, l'intégrité de l'interface os-ciment a été étudiée pour différentes propriétés mécaniques. La loi de séparation par traction cohésive est utilisée pour détecter les dommages par contact entre le ciment et l'os. Les résultats ont montré qu'une zone déliée plus grande était prédite de manière proximale et distale. L'adhésion entre l'os et le ciment est principalement affectée par la pénétration du ciment dans l'os. Une pénétration plus élevée du ciment dans l'os conduit à un bon transfert de charge. Une résistance plus faible de l'interface os-ciment en raison d'une propriété mécanique plus faible entraîne des dommages plus rapides de l'interface. Nous conseillons donc aux chirurgiens de bien perpétuer l'os pour une durabilité à long terme de la THA cimentée.

Translated Description (Spanish)

En cirugía ortopédica y particularmente en artroplastia total de cadera, la fijación del implante femoral generalmente se realiza mediante el cemento quirúrgico. La interfaz hueso-cemento ha estado implicada durante mucho tiempo en el fracaso del reemplazo total de cadera cementado (THA), en realidad es un sitio crítico que afecta la estabilidad a largo plazo y la supervivencia de los implantes protésicos después de la implantación. El objetivo principal de este estudio es investigar el efecto de la penetración del cemento en el hueso en el escenario de daño en la interfaz. Anteriormente, la mayoría de los investigadores se han realizado para estudiar la acumulación de daños en el manto de cemento para diferentes cantidades de penetración de cemento. En este trabajo, se ha estudiado la integridad de la interfaz hueso-cemento para diferentes propiedades mecánicas. La ley de separación por tracción cohesiva se utiliza para detectar daños por contacto entre el cemento y el hueso. Los resultados mostraron que se predijo un área desunida más grande proximal y distalmente. La adhesión entre el hueso y el cemento se ve afectada principalmente por la penetración del cemento en el hueso. Una mayor penetración del cemento en el hueso conduce a una buena transferencia de carga. Una menor resistencia de la interfaz hueso-cemento debido a una menor propiedad mecánica da como resultado un daño más rápido de la interfaz. Por lo tanto, aconsejamos a los cirujanos que practiquen bien el hueso para la durabilidad a largo plazo del THA cementado.

Files

7991.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:521396cc41910f5f8a36e7a9a9bd56fe
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تلف واجهة الأسمنت العظمي في تحليلات العناصر المحدودة لزراعة العظام الأسمنتية
Translated title (French)
Dommages de l'interface os-ciment dans les analyses par éléments finis des implants orthopédiques cimentés
Translated title (Spanish)
Daño de la interfaz hueso-cemento en análisis de elementos finitos de implantes ortopédicos cementados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2793618265
DOI
10.3311/ppme.11851

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Algeria