Running-in friction of hip joint replacements can be significantly reduced: The effect of surface-textured acetabular cup
Loading...
Date
2020-12-01
Authors
Nečas, David
Křupka, Ivan
Hartl, Martin
0000-0002-3843-8732Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Springer
Altmetrics
Abstract
Hip joint replacements represent the most effective way of treatment for patients suffering from joint diseases. Despite the rapid improvement of implant materials over the last few decades, limited longevity associated with wear-related complications persists as the main drawback. Therefore, improved tribological performance is required in order to extend the service life of replacements. The effect of surface texturing of UHMWPE acetabular cup was investigated in the present study. Unique tilling method was utilized for manufacturing the dimples with controlled diameter and depths on the contact surface of the cup. The experiments with four commercial femoral components and two model lubricants were realized. The main attention was paid to a coefficient of friction considering the differences between the original and the dimpled cups. Results showed remarkable lowering of friction, in general. Focusing on the simulated human synovial fluid, friction was reduced by 40% (alumina ceramic), 38.8% (zirconia toughened ceramic), 25.5% (metal), and 9.9% (oxinium). In addition, the dimples helped to keep the friction stable without fluctuations. To conclude, the paper brings a new insight into frictional behaviour of the hip replacements during running-in phase which is essential for overall implant lifespan. It is believed that proper surface texturing may rapidly improve the life quality of millions of patients and may lead to considerable financial savings.
Náhrada kyčelního kloubu představuje nejefektivnější formu léčby pro pacienty trpící nemocemi kloubů. Navzdory významnému pokroku v oblasti vývoje kloubních materiálů v uplynulých několika desetiletích, je stále jednou z hlavních nevýhod omezená životnost náhrad, která obvykle souvisí s opotřebením povrchů. Proto je při snaze prodloužit dobu přežití implantátu třeba zlepšit tribologické parametry náhrad. Tato studie se zabývá posouzením vlivu cílené změny topografie povrchu UHMWPE kloubních jamky. Pro výrobu malých vtisků o známém průměru a hloubce byla využita unikátní metoda počítačem řízeného jemného obrábění. Byly provedeny experimenty se čtyřmi komerčními femorálními komponentami a dvěma modelovými mazivy. Hlavní pozornost byla věnována změně součinitele tření při uvažování originální a texturované jamky. V obecné rovině výsledky poukázaly na významné snížení tření. V případě použití modelové synoviální kapaliny bylo tření sníženo o 40 % (keramika na bázi oxidu hlinitého), 38,8 % (keramika s příměsí oxidu zirkoničitého), 25,5 % (kov) a 9,9 % (oxinium). Vtisky na povrchu jamky navíc významně přispěly ke stabilizaci součinitele tření bez nadměrných fluktuací. Závěrem lze konstatovat, že tento článek přináší nový pohled na třecí chování kloubních náhrad v záběhové fázi, která je zásadní z pohledu celkové životnosti implantátu. Předpokládá se, že vhodně navržená textura může významně zlepšit život milionů pacientů a povede ke značným úsporám finančních nákladů.
Náhrada kyčelního kloubu představuje nejefektivnější formu léčby pro pacienty trpící nemocemi kloubů. Navzdory významnému pokroku v oblasti vývoje kloubních materiálů v uplynulých několika desetiletích, je stále jednou z hlavních nevýhod omezená životnost náhrad, která obvykle souvisí s opotřebením povrchů. Proto je při snaze prodloužit dobu přežití implantátu třeba zlepšit tribologické parametry náhrad. Tato studie se zabývá posouzením vlivu cílené změny topografie povrchu UHMWPE kloubních jamky. Pro výrobu malých vtisků o známém průměru a hloubce byla využita unikátní metoda počítačem řízeného jemného obrábění. Byly provedeny experimenty se čtyřmi komerčními femorálními komponentami a dvěma modelovými mazivy. Hlavní pozornost byla věnována změně součinitele tření při uvažování originální a texturované jamky. V obecné rovině výsledky poukázaly na významné snížení tření. V případě použití modelové synoviální kapaliny bylo tření sníženo o 40 % (keramika na bázi oxidu hlinitého), 38,8 % (keramika s příměsí oxidu zirkoničitého), 25,5 % (kov) a 9,9 % (oxinium). Vtisky na povrchu jamky navíc významně přispěly ke stabilizaci součinitele tření bez nadměrných fluktuací. Závěrem lze konstatovat, že tento článek přináší nový pohled na třecí chování kloubních náhrad v záběhové fázi, která je zásadní z pohledu celkové životnosti implantátu. Předpokládá se, že vhodně navržená textura může významně zlepšit život milionů pacientů a povede ke značným úsporám finančních nákladů.
Description
Citation
Friction. 2020, vol. 8, issue 6, p. 1137-1152.
https://link.springer.com/article/10.1007/s40544-019-0351-x
https://link.springer.com/article/10.1007/s40544-019-0351-x
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en