مدلسازي اجزاي محدود پروتز مفصل ران به منظور بررسي تاثير بيومواد كامپوزيتي بر كاهش سپر تنشي

كارشناسي ارشد

تعويض كامل مفصل ران (THR) يكي از رايج ‌ترين و مقرون به صرفه ترين فرآيند¬هاي جراحي در جهان رتبه بندي شده¬است. برخي از اين عمليات‌ها بايد به دلايل مختلفي بعد از مدت زماني مجددا انجام شوند كه اين موارد عمل بازبيني مفصل ران ناميده مي‌شوند. عوامل متعددي از جمله بيومواد مورد استفاده در طراحي، بهينه سازي طراحي، موقعيت پروتز و ويژگي‌هاي بيمار وجود دارند كه به يكپارچگي پروتز كمك بسيار مي‌كنند. هدف از انجام اين پروژه، توسعه و بهبود جايگزيني مفصل مصنوعي ران با استفاده از ويژگي‌هاي بيومواد ارتقاء يافته براي رسيدن به پايداري و دوام بيشتر است. پديده سپر تنشي از مهم ترين و شناخته شده ترين عوامل شكست در پروتز¬هاي ران مي¬باشد. نيروهايي كه در طول فعاليت انسان به پروتز وارد مي شود تنش¬هاي پويايي را در زمان متفاوت ايجاد مي¬كند و ممكن است باعث پديده سپر تنشي در سيستم پروتز-استخوان شود. بنابراين، كاهش اثر سپر تنشي از اهميت بسيار بالايي در اين سيستم برخوردار است. اين پروژه با هدف شبيه سازي آناليز اجزاي محدود ، مقايسه اي را براي ارزيابي انتقال نيرو بين پروتز و استخوان ارائه مي¬دهد كه اين كار را با استفاده از فلز تيتانيوم، پليمر PEEK و كامپوزيت carbon/PEEK براي پروتز¬هاي مفصل ران انجام داده است. همچنين در اين پروژه از تصاوير توموگرافي (CT) استخوان ران يك بيمار حقيقي بهره برده شده¬است تا بتوان خواص استخوان اعم از چگالي و مدول الاستيسيته را با روابطي درست وارد نرم افزار نموده و مورد تحليل قرار دهد. به همين منظور مدل¬هاي سه بعدي اجزاي محدود پروتز¬ ران از جنس تيتانيوم، PEEK، carbon/PEEK و استخوان ران براي اين آناليز ايجاد¬شده و نشان مي¬دهد كه چگونه اين بيومواد مي-توانند از وقوع سپر تنشي در استخوان جلوگيري كنند. نتايج عددي نشان مي¬دهد كه كامپوزيت carbon/PEEKمي¬تواند راه حل مناسبي براي توزيع بار اعمال شده و انتقال آن از پروتز به استخوان باشد و مشكلات ناشي از سپر تنشي را كاهش و طول عمر سيستم جايگزيني را نيز افزايش دهد. طبق اين نتايج ماكزيمم تنش در استخوان با پروتز تيتانيومي برابر 27 مگاپاسكال، در استخوان با پروتز carbon/PEEK برابر 33 مگاپاسكال و در استخوان با پروتز PEEK برابر 40 مگاپاسكال مي¬باشد. بنابراين تنش فون ميزس در استخوان با پروتز carbon/PEEK، 22 درصد بيشتر از تنش فون ميزس در استخوان با پروتز تيتانيوم مي¬باشد. نتايج همچنين نشان مي¬دهد كه از كامپوزيت¬هاي carbon/PEEK مي¬توان به عنوان يك طرح بهينه جديد براي پروتز استخوان ران با سفتي قابل تنظيم استفاده كرد كه از سپر تنشي بكاهد. اين يافته ها به پزشكان و متخصصان پزشكي كمك مي¬كند تا دانش خود را در مورد تعويض مفصل ران افزايش دهند.

208713

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي پزشكي-بيومكانيك

سياوش كاظمي راد