ASTM F3161-16 Standardtestmethode für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) metallischer orthopädischer Totalknie-Femurkomponenten unter Abschaltbedingungen

In der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelten Norm „ASTM F3161-16 Standardtestmethode für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) metallischer orthopädischer Totalknie-Femurkomponenten unter Schließbedingungen“ sind Techniken der Finite-Elemente-Analyse (FEA) enthalten Wird zur Abschätzung von Spannungen und Dehnungen verwendet. Die Anforderungen und Überlegungen zur numerischen Simulation metallischer orthopädischer zementierter und zementfreier Knie-Oberschenkelkomponenten Diese Norm gilt nur für Spannungen unterhalb der im Materialzertifikat angegebenen Streckgrenze.

Diese Testmethode enthält Anforderungen für die Entwicklung von Finite-Elemente-Modellen, die bei der Bewertung metallischer orthopädischer Gesamtknie-Femurkomponentenkonstruktionen zum Zweck der Vorhersage statischer Implantatspannungen und -dehnungen verwendet werden. Dieses Verfahren wird für die Worst-Case-Bewertung innerhalb einer Familie von Implantatgrößen verwendet, um die Effizienz des Umfangs der durchzuführenden physikalischen Tests sicherzustellen. Es werden empfohlene Verfahren zur Durchführung von Modellprüfungen und -validierungen bereitgestellt, um festzustellen, ob die Analyse den empfohlenen Richtlinien entspricht. Abschließend wird der vorgeschlagene Inhalt eines technischen Berichts zur mechanischen Simulation vorgestellt.

Hinsichtlich der Einschränkungen beschränkt sich diese Norm auf die statische Strukturanalyse metallischer orthopädischer Totalknie-Femurkomponenten (ausgenommen die Schätzung der Ermüdungsfestigkeit).

Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist ein Verfahren zur Vorhersage des Verhaltens eines Objekts auf Basis von Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Finite-Elemente-Methode ist ein mathematisches Verfahren, während die Finite-Elemente-Analyse die Interpretation der mit ihr erzielten Ergebnisse darstellt. Sie unterstützt Ingenieure bei fundierteren Konstruktionsentscheidungen, indem sie Einblicke in komplexe Systeme und Strukturen ermöglicht.

Die Finite-Elemente-Methode nutzt Mathematik, um komplexe Systeme in kleinere, einfachere Teile oder Elemente zu zerlegen. Anschließend wendet es mithilfe der Leistungsfähigkeit von Computern Differentialgleichungen auf jedes Element einzeln an, dividiert und löst dann technische Probleme. Die Finite-Elemente-Analyse ist die Grundlage vieler Simulationssoftware. Es wird verwendet, um Designs sicher, schnell und wirtschaftlich zu validieren und zu testen, indem virtuelle Modelle realer Anlagen erstellt werden. Diese Modelle werden verwendet, um eine Vielzahl von Bedingungen und Szenarien in einer Vielzahl von Branchen zu lösen, insbesondere in solchen mit komplexen oder risikoreichen Umgebungen wie der Luft- und Raumfahrt und der Biomechanik.

Implantate bestehen aus Metalllegierungen, Keramikmaterial und starken Kunststoffteilen. Bei einem Knie-Totalersatz können bis zu drei Knochenflächen ersetzt werden:

• Unteres Ende des Femurs. Die metallische Femurkomponente krümmt sich um das Ende des Femurs (Oberschenkelknochens). Es ist gerillt, sodass sich die Kniescheibe beim Beugen und Strecken des Knies sanft auf und ab am Knochen bewegen kann.
• Die Oberseite des Schienbeins (Schienbein). Die Tibiakomponente ist normalerweise eine flache Metallplattform mit einer Polsterung aus starkem und haltbarem Kunststoff namens Polyethylen. Einige Designs haben kein Metallteil und stattdessen ist das Polyethylen direkt am Knochen befestigt. Für zusätzliche Stabilität kann der Metallteil der Komponente einen Schaft haben, der in die Mitte des Schienbeinknochens passt.
• Hintere Oberfläche der Patella. Die Patella-Komponente ist ein kuppelförmiges Stück Polyethylen, das die Form der Patella (Kniescheibe) nachbildet. In manchen Fällen ist eine Erneuerung der Patella nicht erforderlich.

Die Komponenten sind so konzipiert, dass das Metall jederzeit eine Verbindung zum Kunststoff herstellt, was zu einer sanfteren Bewegung und einem geringeren Verschleiß des Implantats führt.

Unter den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die es für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbietet, hat unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung ASTM F3161-16 für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) von orthopädischen Metallen entwickelt Es bietet auch Testdienstleistungen an, die in der Norm „Standardtestmethode“ definiert sind.