تحلیل استاتیکی تنش ها و کرنش های وارد بر استخوان فمور متصل به قاب فضایی تیلور

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

2 دانشیار، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران

3 دانشیار، مرکز تجقیقات اورتوپدی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله، تهران

4 بیمارستان شریعتی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران

5 دانشیار، مرکز پیوند بیمارستان امام خمینی (ره)، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران

چکیده

اصلاح بدشکلی استخوان فمور، با استفاده از دو فیکسچر داخلی و خارجی انجام می‌شود. مزیت استفاده از فیکسچر خارجی دوار، آسیب‌رسانی کمتر به بافت نرم، هم‌راستایی بهتر و افزایش کرنش در مقطع برش، که باعث تسریع در ترمیم استخوان می‌شود، است. این مقاله به مطالعه تنش‌های ایجادشده در استخوان در زمان به‌کارگیری قاب فضایی تیلور که یک ساختار مدور خارجی با دو حلقه و شش اتصال‌دهنده تنظیم شونده است، پرداخته است. مدل‌سازی استخوان فمور با استفاده از نرم‌افزار Mimics و تحلیل استاتیکی المان‌محدود توسط نرم اقزار ABAQUS انجام شد. شرایط بارگذاری به‌صورت یک فرد ایستاده و خواص استخوان به‌صورت همگن و همسانگرد در دو فاز متراکم و اسفنجی، در نظر گرفته شد. جهت صحت‌سنجی نتایج تحلیل، آزمایش تجربی انجام، و کرنش‌های حاصل مقایسه شد. در تمامی نیرو‌ها، تنش‌های بیشینه ایجادشده در استخوان، در نقاط اتصال پین‌ها و هاف‌پین‌ها به استخوان رخ‌داده است. همچنین، بیشینه تنش ایجادشده در استخوان با اعمال نیروی N350، در محل اتصال پین‌ها از مقدار معادل آن در هاف‌پین‌ها بیشتر است به‌طوری‌که مقادیر آن به ترتیب برابر MPa130 وMPa 86 محاسبه شد. این مسئله بیانگر این نکته است که جایگزینی هاف‌پین‌ بجای پین در جراحی سبب کاهش تنش‌های وارد بر استخوان می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Fragomen, AT, Rozbruch SR (2007) The mechanics of external fixation. HSS Journal 3(1): 13-29.
[2] Site of Healthcare professionals, Available:  https://www.smith-nephew.com/
[3] Cross AR, Lewis DD, Murphy ST, Rigaud S, Madison JB, Kehoe MM, Rapoff AJ (2001) Effects of ring diameter and wire tension on the axial biomechanics of four-ring circular external skeletal fixator constructs. Am J Vet Res 62(7): 1025-1030.
[4]  Khurana A, Byrne C, Evans S, Tanaka H, Haraharan K (2010) Comparison of transverse wires and half pins in Taylor Spatial Frame: a biomechanical study. J Orthop Surg Res 5(1): 23.
[5]  Tan BB, Shanmugam R, Gunalan R, Chua YP, Hossain G, Saw A (2014) A biomechanical comparison between Taylor’s Spatial Frame and Ilizarov external fixator. Malays Orthop J 8(2): 35.
[6]  Schiedel F, Vogt B, Wacker S, Pöpping J, Bosch K, Rödl R, Rosenbaum D (2012) Walking ability of children with a hexapod external ring fixator (TSF®) and foot plate mounting at the lower leg. Gait Posture 36(3): 500-505.
[7] Shyam AK, Singh SU, Modi HN, Song HR, Lee SH, An H (2009) Leg lengthening by distraction osteogenesis using the Ilizarov apparatus: a novel concept of tibia callus subsidence and its influencing factors. International orthopaedics 33(6): 1753-1759.
[8]  Dobbe JG, Strackee SD, Schreurs AW, Jonges R, Carelsen B, Vroemen JC, Streekstra GJ (2011) Computer-assisted planning and navigation for corrective distal radius osteotomy, based on pre-and intraoperative imaging. IEEE Trans Biomed Eng 58(1): 182-190.
[9] Lenarz C, Bledsoe G, Watson JT (2008) Circular external fixation frames with divergent half pins: a pilot biomechanical study. Clin Orthop Relat Res 466(12): 2933.
[10] Qiao F, Li D, Jin Z, Gao Y, Zhou T, He J, Cheng L (2015) Application of 3D printed customized external fixator in fracture reduction. Injury 46(6): 1150-1155.
[11] Trabelsi N, Yosibash Z, Wutte C, Augat P, Eberle S (2011) Patient-specific finite element analysis of the human femur—a double-blinded biomechanical validation. J Biomech 44(9): 1666-1672.
[12] Yosibash Z, Mayo RP, Dahan G, Trabelsi N, Amir G, Milgrom C (2014) Predicting the stiffness and strength of human femurs with real metastatic tumors. Bone 69: 180-190.
[13] Yosibash Z, Trabelsi N, Milgrom C (2007) Reliable simulations of the human proximal femur by high-order finite element analysis validated by experimental observations. J Biomech 40(16): 3688-3699.
[14] Wang CJ, Yettram AL, Yao MS, Procter P (1998) Finite element analysis of a Gamma nail within a fractured femur. Med Eng Phys 20(9): 677-683.