Ghais Kharmanda- Guest Researcher, LMN, INSA Rouen Normandie, Cand.Sci. (Eng.).
St. 685 avenue de l universite BP08, 76801
ResearcherID: O-6690- 2018
Imad R. Antypas, associate professor of the Machine Design Principles Department, Cand.Sci. (Eng.)
1, Gagarin Square, Rostov-on-Don, 344000
ResearcherID: O-4789-2018
Introduction. The use of probabilistic analysis is important when the input data are random, that leads to stochastic results. This paper describes the integration of a probabilistic design strategy of the solid and hollow stems implanted in a proximal femur in order to compare their advantages. The used hollow stem is called “Improved Austin-Moore” (IAM) model.
Materials and Methods. Probabilistic methods allow variations in factors which control the biomechanical effects of the implanted femur to be taken into account while determining its performance. Different material properties were generated randomly using Monte Carlo simulation (MCS). Monte Carlo sampling techniques were applied, and different von Mises stresses of the layers (bone and metal) were chosen as a performance indicator.
Results. A simple 2D implant-bone study of solid and IAM stem design was carried out with a high level of confidence, 99.87%, which corresponds to a target reliability index with regard to statistical uncertainties. The probabilistic design results show that the input and output parameters for the IAM stem are highly correlated relative to those for the solid stem.
Discussion and Conclusions. The sensitivity analysis shows that the input parameters for the IAM stem play a much larger part in the output parameters relative to the solid stem. The IAM stem is much more advantageous than the solid stem which causes an increase in the performance of the hip prosthesis.
Введение. использование вероятностного анализа важно тогда, когда входные данные случайны, что приводит к стохастическим результатам. Эта статья описывает интеграцию вероятностной стратегии проектирования сплошных и полых стержней, имплантируемых в проксимальный отдел бедра, для проведения сравнения их преимуществ. Используемый полый стержень получил название «Улучшенная модель Остина-Мура» (IAM).
Материалы и методы. Вероятностные методы позволяют учитывать различия в факторах, контролирующие биомеханические эффекты имплантированного бедра при определении его эффективности. Различные свойства применяемого материала генерировались случайным образом с помощью метода Монте-Карло (MCS), который также был использован для выборки проб, а в качестве показателя эффективности были выбраны различные напряжения по-Мизесу слоёв (кости и металла).
Результаты. Простое двухмерное исследование кости имплантата со сплошным и IAM-дизайном стержня проводился с высоким уровнем достоверности 99,87%, что соответствует целевому индексу надежности с учетом статистической неопределенности. Результаты вероятностного проектирования показывают, что входные и выходные параметры для стержня IAM сильно коррелированы относительно параметров сплошного стержня. Обсуждение и выводы. Анализ чувствительности показывает, что входные параметры для IAM − стержня играют гораздо более значительную роль в выходных параметрах по сравнению со сплошным стержнем. Стержень IAM намного более выгоден, чем стержень сплошного сечения, что приводит к повышению производительности протеза тазобедренного сустава.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.