25385

بررسي تأثير هندسه¬ي ايمپلنت بر عملكرد سيمان استخواني در پروتز زانو

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1400/04/15

دكتر هادي خرمي شاد

مهندسي مكانيك

تجربه¬ي از دست دادن يك عضو بسيار دردناك و تلخ مي¬باشد. درك كامل اين حس تنها زماني ميسر خواهد شد كه فرد يك عضو خود را از دست بدهد. پروتز وسيله¬اي است كه به¬منظور جايگزيني عضو از دست داده فرد معلول طراحي و به كار گرفته مي‌شود. چاقي و بيشتر شدن متوسط عمر در كشور، تعداد تعويض كامل مفصل زانو را افزايش داده است. نكته¬ي مهم در طراحي و ساخت پروتز، تأمين احساس راحتي براي فرد، قابليت اطمينان و دوام پروتز مي¬باشد. علت برتري پروتزها نسبت به يكديگر را مي‌توان در چگونگي برآوردن همين عوامل جستجو نمود، چراكه طراحي نامناسب پروتز مي‌تواند به عضو باقي مانده و يا اندام¬هاي ديگر آسيب برساند. به دلايل بالا رفتن اميد به زندگي و همچنين پايين رفتن سن افراد پذيرنده اين¬گونه پروتزها، عمر قابل انتظار اين¬گونه پروتزها مي¬بايست افزايش يابد. از اين رو براي بهبود كيفيت آن¬ها تحقيقات بسياري در حال انجام مي¬باشد تا بتواند عمر مفيد آن¬ها را به قدري افزايش دهد كه فرد بيمار نيازمند جراحي¬هاي مكرر بعدي براي تعويض و ترميم پروتز آسيب ديده نباشد. با توجه به اهميت افزايش عمر پروتزهاي جايگزين زانو، در مطالعه¬ي حاضر بررسي تنش¬هاي وارد بر سيمان استخواني واسط ميان استخوان درشت¬ني و پروتز مورد توجه مي¬باشد و هدف دست¬يابي به هندسه¬اي است كه در آن كمترين ميزان تنش بر لايه¬ي سيمان استخواني وارد گردد. يكي از پارامترهاي مهم در طراحي هندسه بخش تيبيال پروتز، طول پايه‌اي است كه در ميان استخوان درشت¬ني قرار مي¬گيرد. چنانچه بتوان به هندسه¬اي مطلوب براي اين قسمت از پروتز دست يافت، مي¬توان به افزايش طول عمر لايه¬ي سيمان استخواني و در نتيجه افزايش طول عمر پروتز جايگزين مفصل زانو دست پيدا كرد. تأثير اندازه¬ي طول و قطر پايه قطعه تيبيال بر تنش ايجادشده در سيمان استخواني بررسي شده است. بدين منظور نمونه¬هايي از پروتزهاي رايج و مورد استفاده حال حاضر توسط پزشكان جراح مفصل زانو با استفاده از نرم¬افزارهاي مدل¬سازي (CAD) شبيه¬سازي شده و سپس با انجام تحليل سه¬بعدي در نرم¬افزار ABAQUS، مقايسه¬اي جهت يافتن كمترين تنش ممكن صورت گرفته است. بر اساس نتايج به ¬دست آمده، از ميان قطعات تيبيال با طول پايه 40، 60، 80 و 120 ميلي¬متر و قطر پايه 11، 12.5 و 14 ميلي¬متر، چنانچه تيغه¬هاي قطعه تيبيال منحني و ضخامت سيمان استخواني 1 ميلي¬متر باشد، كمترين مقدار تنش مربوط به پايه با طول 60 ميلي¬متر و قطر 14 ميلي¬متر است.

1400/07/12

The effect of implant geometry on bone cement function in knee prosthesis

7/6/2022 12:00:00 AM

The experience of losing an organ is very painful and bitter. A full understanding of this feeling can only be achieved when a person loses a member. Prosthesis is an artificial device designed and used to replace the lost organ of a disabled person. Obesity and the average life expectancy in the country have increased the number of total knee replacements. The important point in the design and manufacture of the prosthesis is to provide the person with a sense of comfort, reliability and durability of the prosthesis. The reason for the superiority of the prostheses to each other can be searched in how to satisfy these factors, because inappropriate design of the prosthesis can damage the remaining organ or other organs. Due to the increase in life expectancy and also the age of people accepting these prostheses, the expected life of these prostheses should be increased. Therefore, many researches are being conducted to improve their quality in order to increase their shelf life so that the patient does not need the next repeated surgeries to replace and repair the damaged prosthesis. Considering the importance of increasing the life of knee replacement prostheses, the present study aimed to investigate the stresses on bone cement intermediate between tibia and prosthesis and the aim is to achieve geometry in which the lowest stress is inflicted on the bone cement layer. One of the most important parameters in the design of prosthetic geometry is the stem length that is placed among the tibia. If you can achieve the desired geometry for this part of the prosthesis, it is possible to increase the lifespan of the bone cement layer and thus increase the lifespan of the prosthesis replacing the knee joint. The effect of tibial stem length and diameter on the stress created in bone cement has been investigated. For this purpose, samples of common and used prostheses are simulated by knee joint surgeons using modeling software (CAD) and then, by performing 3D analysis in ABAQUS software, a comparison has been made to find the lowest possible stress. Based on the obtained results, of these tibial components with a stem length of 40, 60, 80 and 120 mm and a stem diameter of 11, 12.5 and 14 mm, if the blades of the tibial component are curved and the bone cement thickness is 1 mm, the lowest stress is related to the stem with a length of 60 mm and a diameter of 14 mm.

پروتز جانشين مفصل زانو، استخوان تيبيا (درشت¬ني)، سيمان استخواني ، روش المان محدود، پايه قطعه تيبيال

Knee joint prosthesis, Tibial bone, Bone cement, Finite element method, Tibial stem