ASTM F2996-20 Standardpraxis für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) nichtmodularer metallischer orthopädischer Hüftfemurschäfte

In der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelten „ASTM F2996-20 Standard Practice for Finite Element Analysis (FEA) of non-modular metallic orthopedic hip femoral stems“ heißt es, dass nicht-modulare, d. h. nicht-modulare Modular: Es werden Anforderungen für die numerische Simulation metallischer orthopädischer Hüftschäfte beschrieben, die auf monolithische Schäfte mit nur der konischen Schnittstelle zwischen Femurkopf und Zapfen beschränkt sind. Diese Norm gilt nur für Spannungen unterhalb der im Materialzertifikat angegebenen Streckgrenze.

Diese Anwendung legt Anforderungen und Überlegungen für die Entwicklung von Finite-Elemente-Modellen fest, die bei der Bewertung nichtmodularer metallischer orthopädischer Hüftschaftdesigns zum Zweck der Vorhersage statischer Implantatspannungen und -dehnungen verwendet werden sollen. Dieses Verfahren kann für die Worst-Case-Bewertung innerhalb einer Reihe unterschiedlicher Größen desselben Implantatdesigns verwendet werden, um den physischen Testaufwand zu reduzieren. Es werden empfohlene Verfahren zur Durchführung von Modellprüfungen und -validierungen bereitgestellt, um festzustellen, ob die Analyse den empfohlenen Richtlinien entspricht. Diese Anwendung beschränkt sich in der Diskussion auf die statische Strukturanalyse nichtmodularer metallischer orthopädischer Hüftschäfte.

Diese Norm gilt für die Berechnung der Spannungen, die im femoralen Hüftschaft auftreten, wenn er gemäß der Norm ISO 7206-4 belastet wird. Mit dieser Methode kann die Worst-Case-Größe für ein bestimmtes Implantat ermittelt werden. Als die mit dieser Anwendung berechneten Belastungen mit den Belastungen verglichen wurden, die mit physikalischen Belastungsmesstechniken gemessen wurden, die in zwei Labors mit zwei unterschiedlichen Methoden durchgeführt wurden, korrelierten die Ergebnisse innerhalb von 8 Prozent.

Diese Testmethode kann verwendet werden, um die Auswirkungen von Designvariablen auf die Belastung und Dehnung metallischer Hüft-Femurschäfte in einem Aufbau abzuschätzen, der dem in der Norm ISO 7206-4 beschriebenen nachahmt.

Finite-Elemente-Modelle basieren auf einer geometrischen Darstellung des betrachteten Geräts. Geometrische Details können aus Zeichnungen, Volumenmodellen, Vorzeichnungen oder jeder anderen Quelle stammen, die zur Beschreibung der Modellgeometrie geeignet ist. Bei der Erstellung des Finite-Elemente-Modells können bestimmte geometrische Details aus der im computergestützten Designmodell dargestellten orthopädischen Implantatgeometrie weggelassen werden, wenn festgestellt wird, dass sie für die beabsichtigte Analyse irrelevant sind.

Am sinnvollsten ist es, den Worst-Case-Belastungszustand für das simulierte orthopädische Implantat zu berücksichtigen. Der schlimmste Fall sollte aus allen relevanten technischen Überlegungen wie Rumpfgeometrie, Abmessungen und Kopfversatz ermittelt werden. Wenn die Finite-Elemente-Analyse verwendet wird, um den schlimmsten Fall zu bestimmen, ist der Kopfversatz im schlimmsten Fall möglicherweise unbekannt. Um dies zu ermitteln, kann es erforderlich sein, mehrere Varianten des Kopfversatzes auszuführen.

Die Materialeigenschaften, die als Eingabe für ein Finite-Elemente-Analysemodell zur Dehnungs- und Verschiebungsberechnung erforderlich sind, sind Elastizitätsmodul und Poissonzahl. Diese Werte können den Materialzertifizierungsdaten entnommen werden. Da die Norm ISO 7206-4 unter Lastkontrolle durchgeführt wird, muss auch die Finite-Elemente-Analyse unter Lastkontrolle durchgeführt werden. Wenn die Finite-Elemente-Analyse unter Lastkontrolle durchgeführt wird, hat der Elastizitätsmodul keinen Einfluss auf Spannungsberechnungen nach der Theorie kleiner Verschiebungen, wohl aber auf Verschiebung und Dehnung. Der Einfluss der Poissonzahl auf Spannungsberechnungen ist vernachlässigbar.

Zu den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung für Unternehmen in verschiedenen Branchen durchführt, gehört „ASTM F2996-20 Standard Practice for Finite Element Analysis (FEA) of Non-Modular metallische orthopädische Hüft-Femurschäfte“ Es bietet auch Prüfdienstleistungen an, die in der Norm definiert sind.