تحليل تاثير پارامترهاي طراحي قطعه فمورال پروتز زانو بر معيارهاي سنجش عملكرد آن

Effect of Femoral Component Interface Design on Biomechanical Performance of Knee Prosthesis

پروتز‌هاي زانو، به‌عنوان يكي از محصولات پزشكي براي عملكرد مطلوب در دراز‌مدت (عدم شل‌شدگي و جراحي مجدد)، هنوز نيازمند راهكارهاي طراحي هستند. در مطالعه حاضر، طرح كسر عاملي كامل از طراحي آزمايشات، به همراه تحليل المان محدود، استفاده شد تا اثر شكل داخلي قطعه فمورال پروتز زانو بر پايداري مكانيكي ايمپلنت و تنش‌هاي بيومكانيكي ايجاد‌شده در خود ايمپلنت، سيمان استخواني و استخوان مجاور، بررسي شود. سپس از روش واسپاس، كه يكي از روش‌هاي انتخاب چند‌شاخصه است، براي رتبه‌بندي طرح‌ها استفاده شد. نتايج تحليل واريانس، نشان داد كه هندسه شكل داخلي قطعه فمورال بر عملكرد پروتز زانو اثر‌گذار است؛ به‌طوري‌كه از ميان عوامل در‌نظر‌گرفته شده، زاويه بين برش‌هاي پاييني و جلويي، زاويه بين برش‌هاي پاييني و پشتي و همچنين ضخامت سيمان استخوان، به‌عنوان تاثير‌گذارترين عوامل شناسايي شدند. به‌علاوه با تحليل آماري، مدل رياضي پيش‌بيني كننده مربوط به هر‌يك از معيارهاي سنجش عملكرد نيز برآورد شدند. نتايج رتبه‌بندي و تحليل حساسيت نشان داد، كه طرح‌هاي برتر اغلب لايه ضخيم‌تري از سيمان دارند. اين مطالعه همچنين نشان داد كه هندسه فعلي قطعه فمورال، بهترين طرح نيست و اصلاح آن، مي‌تواند عملكرد پروتز را در بلند‌مدت بهبود دهد.

Knee implants still lacks sufficient design solutions to ensure improved long term performance without aseptic loosening and the subsequent revision surgery.The present paper, used full factorial design of experiment (DOE) method along with finite element analysis (FEA) to assess the influence of internal contours of femoral component on mechanical stability of the prosthesis, and the biomechanical stresses experienced by the femoral component, bone cement and the adjoining bone with preservation of the external contours.The WASPAS approach, as a multi criteria decision analysis (MCDA) technique, was then used to rank the alternative designs. The results of analysis of variance showed that the internal shape of femoral component contours influenced the performance measureswhere the angle between the distal and anterior cuts, the angle between the distal and posterior cuts, and the cement thickness were highlysignificant. The predictive mathematical models of each performance measureswre also estimated through statistical analysis. The ranking order and the following sensitivity analysis revealed that the top designs mostly had higher cement thickness and the original design was not the top choice for femoral component which by improving the current designbetter long term performance can be achieved.