Pemodelan Metode Elemen Hingga Kontak Femoral Head dengan Acetabular Liner pada Sendi Panggul Buatan dengan Variasi Diameter Celah pada Acetabular Liner

Abstract

Sendi panggul buatan (artificial hip joint) memiliki beberapa komponen utama, yaitu stem, femoral head dan acetabular shell yang terbuat dari material logam dan acetabular liner yang terbuat dari komponen polimer dengan jenis UHWMPE (ultra-high-molecular-weight polyethylene). Pada desain sendi panggul buatan, yang diproduksi oleh UNDIP terdapat alternatif desain permesinan komponen acetabular liner yang memiliki celah pada titik pusat acetabular liner-nya. Untuk menguji alternatif desain ini, perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui efek dari celah yang terdapat pada pusat acetabular liner terhadap distribusi contact pressure dan tegangan von Mises. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan mengetahui pengaruh dari variasi diameter celah yang terdapat pada acetabular liner sendi panggul buatan produk UNDIP terhadap tekanan kontak dan tegangan von Mises. Penelitian dilakukan menggunakan metode elemen hingga dengan software ABAQUS. Femoral head dimodelkan menggunakan material stainless steel AISI 316L dan acetabular liner dimodelkan menggunakan material UHMWPE. Beban yang diberikan pada kontak femoral head dan acetabular liner ini dimodelkan sebesar 5 N menuju titik pusat acetabular liner dengan variasi diameter celah: 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm dan 3 mm.. Jumlah elemen yang digunakan sebanyak 9000 buah setelah dikonfirmasi validitas penentuan mesh. Hasil simulasi menunjukkan bahwa terdapat konsentrasi tegangan pada tepi celah yang ditandai dengan tinggiya contact pressure dan tegangan von Mises. Nilai tertinggi kedua luaran ini terlihat pada diameter celah sebesar 2 mm yang nilai maksimumnya mencapai 4 kali dari besar contact pressure dan tegangan von Mises pada diameter celah yang lain. Fenomena ini diperkirakan disebabkan karena tepi dari celah berimpit dengan tepi dari jari-jari kontak yang terbentuk pada sistem kontak mekanik femoral head dan acetabular liner. Adanya kenaikan yang dramatis ini dapat mengakibatkan naiknya keausan (wear) dan munculnya kemungkinan terjadinya deformasi plastis yang lebih besar pada liner. Rekomendasi yang diberikan pada pemberian celah ini adalah sebaiknya dihindari untuk mengurangi terjadinya wear dan deformasi plastis yang terlalu besar. Dalam kondisi celah tidak dapat dihindari maka diameter celah tidak lebih dari 14% dari diameter femoral head.