Polietilén‐alapú kopási térfogat küszöbértékeinek meghatározása térdprotézisekben: Az oszteolízis kockázatának megítélése

Quantifying polyethylene wear‐debris thresholds in knee prostheses: Assessing the risk of osteolysis

Absztrakt

The primary aim of this study is to present a comprehensive literature review that determines the clinically acceptable wear threshold for ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene (UHMWPE) used in total knee replacements (TKR). The secondary aim is to investigate how contemporary numerical wear models can predict wear volumes in TKRs, and whether these predictions can be used to reliably classify the risk of osteolysis in case of TKRs. According to the literature, three relevant linear wear‐rate thresholds can be identified: below 0.05 mm/year (low osteolysis risk), between 0.05 and 0.1 mm/year (medium risk), and above 0.1 mm/year (high risk). Using typical tibial contact areas, this corresponds to a range of 12.5–37.5 mm3/year (or per million cycles), which covers most TKR designs. Results obtained from numerical analyses showed that Archard‐based wear models — implemented either in finite element or multibody dynamics frameworks — agree well with knee simulator measurements based on ISO 14243‐1 loading requirements. This confirms the applicability of these models and the long‐term reliability of the investigated implants.

Kivonat

A tanulmány első célja egy átfogó irodalmi áttekintés elkészítése, amely meghatározza ultra‐nagy molekulatömegű polietilén (angolul ultra-high-molecular-weight polyethylene, rövidítve UHMWPE) anyagból készült térdízületi teljes endoprotézisek (TEP) esetén a klinikailag elfogadható kopási küszöbértéket. Második célunk megvizsgálni azt a kérdést, hogy a publikált numerikus kopásmodellek milyen mértékben képesek előre jelezni a TEP‐ek kopásmennyiségét, illetve ezek alapján hitelesen besorolható‐e az implantátum oszteolízis‐kockázata. A szakirodalom alapján három releváns lineáris kopási küszöb azonosítható: 0,05 mm/év alatt alacsony, 0,05–0,1 mm/év között közepes, 0,1 mm/év felett pedig magas oszteolízis‐kockázat. Tipikus tibiális kontaktfelületekkel számolva ez 12,5–37,5 mm3/év (vagy millió ciklus) tartománynak felel meg, amely lefedi a legtöbb TEP‐kialakítást. A numerikus vizsgálatok azt mutatták, hogy az Archard‐alapú kopásmodellek – akár végeselem‐, akár többtestdinamikai‐környezetben – jól egyeznek az ISO 14243‐1 szabvány által előírt terhelés mellett megvalósított térdszimulátoros mérésekkel. Ez igazolja a modellek alkalmazhatóságát és a vizsgált implantátumok hosszú távú megbízhatóságát.