FINITE ELEMENT MODEL OF UHMWPE WEAR IN TOTAL KNEE ARTHROPLASTY

For total knee arthroplasty (TKA) wear of the ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) tibial bearing surface is a frequent cause for long term revisions and failure. One of the main causes of UHMWPE wear in the long term, gait, can be modeled as the combination of three independent motions: rolling, gliding and sliding. In order to better understand the effects of these motions on wear a custom roll on plane wear model was developed. The model is based on Archard wear law to determine the wear. To check if the model would behave according to the literature two tests were conducted: Δn test (assessing acceleration factors) and mesh density analysis. Sliding contact produced the most severe wear (1,740-3,787 mm³ depending on cycle count), Gliding contact showed moderate wear (185-450 mm³) and rolling contact generated minimal wear (3-13 mm³), attributed to computational noise rather than actual material loss. This computational framework provides implant designers with a cost-effective tool for predicting wear behavior. Future studies should focus on validating these results and incorporating mixed kinematic conditions to better represent real patient gait patterns

Per l'artroplastica totale del ginocchio (TKA), l'usura della superficie portante tibiale in polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) è una causa frequente di revisioni e fallimenti a lungo termine. Una delle principali cause di usura dell'UHMWPE a lungo termine, il cammino, può essere modellata come la combinazione di tre movimenti indipendenti: rotolamento, scivolamento e slittamento. Per comprendere meglio gli effetti di questi movimenti sull'usura, è stato sviluppato un modello di usura personalizzato basato su rotolamento su piano. Il modello si basa sulla legge di usura di Archard per determinare l'usura. Per verificare se il modello si comporterebbe secondo la letteratura, sono stati condotti due test: test Δn (valutazione dei fattori di accelerazione) e analisi della densità della mesh. Il contatto di slittamento ha prodotto l'usura più grave (1.740-3.787 mm³ a seconda del numero di cicli), il contatto di scivolamento ha mostrato un'usura moderata (185-450 mm³) e il contatto di rotolamento ha generato un'usura minima (3-13 mm³), attribuita al rumore computazionale piuttosto che alla perdita effettiva di materiale. Questo framework computazionale fornisce ai progettisti di impianti uno strumento economico per prevedere il comportamento di usura. Studi futuri dovrebbero concentrarsi sulla validazione di questi risultati e sull'incorporazione di condizioni cinematiche miste per rappresentare meglio i reali pattern di cammino dei pazienti.