18002

18002

بررسي بيومكانيكي پروتز زانو ساخته شده از مواد مدرج تابعي FGBM

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

شهريورماه 1396

دكتر مجيد رضا آيت اللهي

دكتر عليرضا اصنافي

مكانيك

يكي از مشكلات شايع پروتز زانو كه به تمامي جايگزين زانو مي شود پس از مدت طولاني(متوسط 15 سال) شل شدگي غير عفوني است. استرس شيلدينگ، اثرات مخرب ناشي از ذرات باقيمانده از سايش و ميكروحركت علل به وجود آورنده شل شدگي هستند.در اين تحقيق، با بهره گيري از مزيت هاي مواد مدرج تابعي(FGBM) سعي به طراحي پروتزي شده است كه بتواند اثرات ذكر شده را كاهش داد از اين رو پس از انتخاب تابع براي ماده مدرج تابعي و موادي كه بتواند در ناحيه تماس پروتز با استخوان علاوه بر توان ايجاد ارتباط قوي با استخوان تنش بيشتري در بافت نزديك به سطح ارتباط ايجاد كند كه از تخريب بافت در آن محل جلوگيري كند. براي كاهش اثر سايش در محل درگير سايش در پروتز مواد مقاوم به سايش در محيط هاي بيولوژيكي به كار برده شده است كه آلومينا، زيركونيا و آلياژهاي كبالت از جمله آنها هستند. تنش در بافت استخوان ناشي از استفاده پروتز در سر استخوان از مهمترين پارامترها است. بدين ترتيب در ناحيه اي از استخوان كه بافت آن تحت اثر استرس شيلدينگ تخريب مي شود با طراحي پروتز با ماده مدرج تابعي سه فازي هيدروكسي آپاتيت-تيتانيوم-زيركونيا 41و 71.8 درصد متوسط تنش نسبت به پروتز كرم-كبالت افزايش داده شده است. اين افزايش براي ماده مدرج تابعي سه فازي هيدروكسي آپاتيت-تيتانيوم-آلومينا 35 و 65 درصد بوده است. ميزان افزايش متوسط تنش در ماده مدرج تابعي با فاز سوم زيركونيا بيشتر از ماده مدرج تابعي با فاز سوم آلومينا بوده است بنابر اين مي توان گفت ماده با فاز سوم زيركونيا در اين باره موفق تر عمل مي كند. از طرف ديگر براي ماده مدرج تابعي با فاز سوم زيركونيا و ماده مدرج تابعي با فاز سوم آلومينا مقادير تنش در سطح ارتباط در استخوان نزديك به هم بوده است و افزايش 91الي92 درصدي نسبت به پروتز كرم-كبالت داشته است. در ادامه تابعي ديگر براي تغييرخواص ماده در نظر گرفته شد و از مواد هيدروكسي آپاتيت و كبالت استفاده شد اين طراحي با افزدون فاز سوم زيست سازگار و با مدول الاستيسيته كم بهبود داده شد و تابع سه فازي ديگري را پديد آورد مقادير افزايش تنش متوسط ماده مدرج تابعي سه فازي هيدروكسي آپاتيت-بيوگلس-كبالت براي مسير هاي ذكر شده 52.2 و 85.5 درصد بوده است. مقادير تنش در سطح ارتباط 98 و 101 درصد افزايش داشته است.

1396/08/06

10/28/2017 12:00:00 AM

Aseptic loosening of femoral components is an important problem affecting the life of current total knee replacements. To help reduce the problem of aseptic loosening, three problems wear effect, stress shieldin and micromotion have been considered together, a new metal–ceramic poros functionally graded biomaterial (FGBM) has been designed to replace the existing metal alloy material normally used. In order to investigate the effect of using a FGBM on distal femur stresses compared to using standard material in a femoral component, a three-dimensional finite element model of the knee prosthesis has been developed. The results of the modeling and subsequent analysis indicate that by using the new FGBM compared to the existing material in a femoral component (Co-Cr alloy), higher levels of stress can be realized in the adjacent bone area of the femur and as a consequence reduce harmful atrophy effect such as stress shielding and micromotion. Also, by a judicious choice of material combinations in the FGBM, the surface properties can be tailored to improve wear resistance at the articular interface and bone anchorage at the femoral end, as well as varying the stiffness in the core of the femoral component. Therefore, the use of the new FGBM improves the performance of knee prostheses by addressing concurrently the three current leading causes of failure; stress-shielding of the bone by the implant, wear of the articular surfaces, and the development of soft tissue at the bone/prosthesis interface as a result of relative implant motion