Properties and Behaviour of an Orthopedic Implant
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Doina Drǎgulescu +
Abstract
The aim of the paper is to analyze a very common orthopedic implant fractured during its use and removed from the human body. The implant was analyzed by using optical and electronical metallography. The results of this study revealed the existence of nonmetallic inclusions which could promote the fracture initiation. The microstructural aspect indicates significant plastic deformations near the holes and the presence in the same places of crevice corrosion. In order to develop new types of plate implants, a Finite Element Analysis was performed on a similar plate. The optimal conditions for fixture were established by studying the stresses and strains distributions in the modeled plate. The three dimensional design of the surgical implants and the mechanical behaviour simulation under the external load will be useful to avoid the implant fracture and to better solve any problem concerning long bones implantation.
Kurzfassung
Das Ziel der im vorliegenden Beitrag dargesetllten Untersuchungen war es, ein sehr häufiges orthopädisches Implantat zu untersuchen, das während des Einsatz brach und anschließend aus dem menschlichen Körper entfernt werden musste. Das Implantat war in einem gebrochenen Oberschenkelknochen eingesetzt und wurde anschließend mittels optischer und elektronischer Mikroskopie analysiert. Als Ergebnis dieser Untersuchungen stellte sich heraus, dass nichtmetallische Einschlüsse in dem Werkstoff enthalten waren, die den Bruch ausgelöst haben konnten. Die mikrostrukturelle Untersuchung zeigte signifikante plastische Deformationen in der Nähe der Löcher und an denselben Stellen trat Lochkorrosion auf. Um neue Typen solcher Plattenimplantate entwickeln zu können, wurde eine Finite Elemente Analyse an einer ähnlichen Platte durchgeführt. Hierzu wurden die optimalen Fixierungsbedingungen untersucht, indem die in der modellierten Platte auftretenden Spannungs- und Dehnungsverteilungen analysiert wurden. Das so optimierte Design der dreidimensionalen chirurgischen Implantate und die Simulation des mechanischen Verhaltens unter externer Beanspruchung wird sich als nützlich erweisen, den Bruch zukünftig zu vermeiden und die Schwierigkeiten mit Implantaten in langen Knochen besser lösen zu können.
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© 2008, Carl Hanser Verlag, München
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