Charakterystyka biomechaniczna układu gwodzie ródszpikowe ko udowa z wykorzystaniem MES



Podobne dokumenty
Optymalizacja cech geometrycznych stentu wiecowego z wykorzystaniem metody elementów skoczonych*

Analiza stanu napre i przemieszcze w warunkach angioplasyki wiecowej

WPŁYW STABILIZACJI PRZEDNIEJ NA BIOMECHANIKĘ ODCINKA SZYJNEGO KRĘGOSŁUPA CZŁOWIEKA

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA MES ZŁAMANIA SZYJKI KOŚCI UDOWEJ STABILIZOWANEJ GWOŹDZIEM ŚRÓDSZPIKOWYM TYPU GAMMA

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2013/2014

W Y B R A N E P R O B L E M Y I N Y N I E R S K I E PROJEKT SIŁOMIERZA Z ZASTOSOWANIEM TENSOMETRII OPOROWEJ

Statyczna próba skrcania

ANLIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA MES STABILIZACJI KOŚĆI PISZCZELI METODĄ ZESPOL Z UWZGLĘDNIENIEM WŁASNOŚCI ORTOTROPOWYCH KOŚCI

Projekt: Murek oporowy Stołczyn Element: MOP1 Autor : BAYER PROJEKT. Strona MOP1. Geometria

ZASTOSOWANIE MES W ANALIZIE UKŁADU WIERTŁO CHIRURGICZNE - KOŚĆ UDOWA

ZASTOSOWANIE NIELINIOWEJ ANALIZY METOD ELEMENTÓW SKOCZONYCH W PROJEKTOWANIU CZCI MASZYN

Wybrane problemy numerycznej symulacji trójpunktowego zginania próbek z kości korowej

Praca własna Obecna realizacja i dalsze plany. Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej

Przemieszczenia przekroju poprzecznego korzenia marchwi pod działaniem siły promieniowej

Wpływ warunków obróbki cieplnej na własnoci stopu AlMg1Si1*

WSTĘPNA ANALIZA STAWU BIODROWEGO CZŁOWIEKA FIZJOLOGICZNIE PRAWIDŁOWEGO ORAZ PO ZABIEGU KAPOPLASTYKI

Spis treści VII. Złamania miednicy i panewki stawu biodrowego. 12 Złamania miednicy M. TILE

ANALIZA WYTRZYMAŁŚCIOWA ENDOPROTEZY STAWU KOLANOWEGO

Politechnika lska w Gliwicach Instytut Maszyn i Urzdze Energetycznych Zakład Podstaw Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Energetycznych

Politechnika Poznańska

Menu pojęć z czym to się je?

ZASTOSOWANIE METOD OPTYMALIZACJI W DOBORZE CECH GEOMETRYCZNYCH KARBU ODCIĄŻAJĄCEGO

Metoda elementów skończonych w badaniach zestawu stabilizującego segment kręgosłupa

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

Nr katalogowy / Catalogue No

Symulacja Analiza_moc_kosz_to w

ZMIANY W KRZYWIZNACH KRGOSŁUPA MCZYZN I KOBIET W POZYCJI SIEDZCEJ W ZALENOCI OD TYPU POSTAWY CIAŁA WSTP

Ocena kształtu wydziele grafitu w eliwie sferoidalnym metod ATD

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

NIELINIOWA ANALIZA ODDZIAŁYWAŃ W ZESPOLENIU PŁYTKOWYM POLFIX

PROTEZOPLASTYKA W LECZENIU POWIKŁAŃ OPERACYJNEGO ZESPOLENIA ZŁAMAŃ BLIŻSZEGO KOŃCA KOŚCI UDOWEJ

BADANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH BYDLĘCYCH KOŚCI UDOWYCH

Tłumienie pól elektromagnetycznych przez ekrany warstwowe hybrydowe ze szkieł metalicznych na osnowie elaza i kobaltu

ANALIZA NUMERYCZNA PŁYTKOWEGO STABILIZATORA KRĘGOSŁUPA Z WYKORZYSTANIEM MES

Metody Informatyczne w Budownictwie Metoda Elementów Skoczonych ZADANIE NR 1

Maurice Müller Martin Allgower Hans Willenegger Robert Schneider

Modelowanie biomechaniczne. Dr inż. Sylwia Sobieszczyk Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny KMiWM 2005/2006

PROJEKT URZĄDZENIA DO POMIARU SIŁ MIĘŚNIOWYCH TUŁOWIA

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

Metody komputerowe i obliczeniowe Metoda Elementów Skoczonych. Element jednowymiarowy liniowy : prt

Spis treści. Ogólne zasady osteosyntezy. 1 Podstawy zespoleń kostnych. Słowo wstępne... VII J. SCHATZKER... 3

POSTĘPOWANIE REHABILITACJA PO ZŁAMANIACH W OBRĘBIE NASADY BLIŻSZEJ KOŚCI UDOWEJ

Uszkodzenia korozyjne implantów ze stali Cr-Ni-Mo w warunkach elektrostymulacji prdem zmiennym *

Badania własnoci fizyko-chemicznych stentów wiecowych w warunkach zmiennych cykli obcie

Wymierne korzyci wynikajce z analizy procesów

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

Spis treści. Zawartość płyty 3... X Przedmowa Marka Swiontkowskiego... XIV Przedmowa Thomasa P. Rüediego... XV Wstęp... XVI Współautorzy...

Nadwyka operacyjna w jednostkach samorzdu terytorialnego w latach

nowotworów u osób doros"ych, u dzieci odsetek ten jest wy#szy i wynosi 5-7 %

Symulacja Analiza_wytrz_kor_ra my

Biomechaniczne aspekty zespoleń złamań okołoprotezowych kości udowej stabilizacja wewnętrzna czy rewizja trzpienia?

Stabilizacja krótkoodcinkowa w leczeniu schorzeń i urazów kręgosłupa -w materiale własnym

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Projekt okablowania strukturalnego dla I semestru Akademii CISCO we WSIZ Copernicus we Wrocławiu

Stabilizacja zewnętrzna

PROJEKT URZĄDZENIA DO INTERAKTYWNEJ REHABILITACJI DZIECI Z WADAMI KOŃCZYN GÓRNYCH

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Głowica Nanotwardociomierza

ANALIZA SPRĘŻYSTO - PLASTYCZNA UKŁADÓW BIOMECHANICZNYCH

MODELOWANIE I ANALIZA MES IMPLANTU STOMATOLOGICZNEGO POD ODBUDOWĘ UZĘBIENIA

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

System TELE-Power (wersja STD) Instrukcja instalacji

ANALIZA OBCIĄŻEŃ KRĘGOSŁUPA SZYJNEGO W PRZYPADKU ZASTOSOWANIA STABILIZACJI

Rys1. Schemat blokowy uk adu. Napi cie wyj ciowe czujnika [mv]

Symulacja Analiza_wytrz_os_kol o_prz

IDENTYFIKACJA I ANALIZA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH I MECHANICZNYCH KOŚCI MIEDNICZNEJ CZŁOWIEKA

DOBÓR OPTYMALNEJ GRUBOŚCI PŁYTKI STABILIZUJĄCEJ WYKORZYSTYWANEJ W METODZIE NUSSA

Analiza MES pojedynczej śruby oraz całego układu stabilizującego do osteosyntezy

Elementy pneumatyczne

UBEZPIECZENIE NNW. Porównanie ofert Pakiet Szkoła 2013

WSPÓŁCZESNA TRAUMATOLOGIA WOBEC ZŁAMAŃ WIELOMIEJSCOWYCH; MOŻLIWOŚCI I ZAGROŻENIA

Ortopedia XXI wieku w Wielospecjalistycznym Szpitalu Wojewódzkim Sp. z o.o w Gorzowie Wlkp. LEK. KRZYSZTOF CHROBROWSKI LEK.

Badania kompozytu wytworzonego w wyniku reakcji ciekłego Al ze stałym Ti

Zastosowania markerów w technikach zdjęć RTG dla:

Analiza wytrzymałościowa kości. obojczykowej człowieka

Metody komputerowe i obliczeniowe Metoda Elementów Skoczonych. Element dwuwymiarowy liniowy : belka

Symulacja Analiza_rama

ANSYS - NARZĘDZIEM DO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA OBUDÓW ŚCIANOWYCH W FABRYCE FAZOS S.A.

Symulacja Analiza_stopa_plast

MODELOWANIE I ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA STAWU BIODROWEGO CZŁOWIEKA PRZED OPERACJĄ KAPOPLASTYKI I PO NIEJ

Rys1 Rys 2 1. metoda analityczna. Rys 3 Oznaczamy prdy i spadki napi jak na powyszym rysunku. Moemy zapisa: (dla wzłów A i B)

Leczenie złamań okołoprotezowych po aloplastyce kolana na podstawie materiału własnego Kliniki

Praca, moc, energia. 1. Klasyfikacja energii. W = Epoczątkowa Ekońcowa

stopie szaro ci piksela ( x, y)

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

Pierwsze komputery, np. ENIAC w 1946r. Obliczenia dotyczyły obiektów: o bardzo prostych geometriach (najczęściej modelowanych jako jednowymiarowe)

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA KOŚCI PISZCZELOWEJ

ZASTOSOWANIE ENDOPROTEZ KRÓTKOTRZPIENIOWYCH U PACJENTÓW OPEROWANYCH W DZIECIŃSTWIE Z POWODU DDH

Recenzja rozprawy doktorskiej

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma cje ogólne. Biomechanika z elementami ergonomii. Pierwszy

ZESPÓŁ OPIEKI ZDROWOTNEJ

BEVELMASTERTM TM 203C - PRZENONA OBRABIARKA DO RUR W EKRANACH BEVELMASTER TM 204B - PRZENONA OBRABIARKA DO RUR I KOŁNIERZY

SYMULACJA PROCESU OBRÓBKI NA PODSTAWIE MODELU OBRABIARKI UTWORZONEGO W PROGRAMIE NX

ZASTOSOWANIE ENDOPROTEZ KRÓTKOTRZPIENIOWYCH U PACJENTÓW OPEROWANYCH W DZIECIŃSTWIE Z POWODU DDH


Transkrypt:

AMME 2003 12th Charakterystyka biomechaniczna układu gwodzie ródszpikowe ko udowa z wykorzystaniem MES A. Krauze, W. Kajzer, J. Marciniak Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika lska, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland W pracy przedstawiono charakterystyk biomechaniczn układu ko udowa gwodzie ródszpikowe. W szczególnoci wyznaczono stan napre i przemieszcze elementów gwodzi ródszpikowych stosowanych w osteosyntezie koci udowej u dzieci. Obliczenia przeprowadzono dla obcie wynikajcych z masy 5 cio letniego dziecka, podczas stania na jednej nodze. Uzyskane wyniki mog by podstaw do optymalizacji cech geometrycznych implantów, jak i własnoci mechanicznych biomateriału metalicznego, z którego przewiduje si ich wykonanie. 1. WPROWADZENIE Złamania koci udowej to najczstsze urazy w ortopedii dziecicej. Złamania te wystpuj zarówno we wczesnym dziecistwie, gdy słaba struktura koci zmienia si w silniejsz, jak równie w okresie dorastania w wyniku urazów spowodowanych np. wypadkami komunikacyjnymi. Wiek pacjenta jest znaczcym czynnikiem wpływajcym na wybór metody stabilizacji dla danego typu złamania w okresie wzrostu, poniewa istnieje szereg rónic pomidzy złamaniami oraz ich leczeniem u dzieci i u dorosłych. Do podstawowych rónic w sposobie leczenia złama u dzieci nale [1]: dominujce leczenie zachowawcze, krótszy okres unieruchomienia, bezwzgldne unikanie agresywnej ingerencji w obrbie przynasad tzn. w okolicach chrzstk wzrostowej w przypadku leczenia operacyjnego, znacznie mniej nasilona rehabilitacja po urazach. Elastyczne gwodzie ródszpikowe stosowane s od kilkunastu lat u dzieci do zespole złama koci. Po raz pierwszy uył ich do leczenia dzieci Mann w 1986 roku. Stwierdził on, i stosowanie elastycznego ródszpikowego gwodziowania do zespalania złama koci u dzieci jest metod uniwersaln i dajc lepsze rezultaty ni leczenie tradycyjne. Osteosynteza ródszpikowa w porównaniu z zewntrznym unieruchamianiem koci posiada wiele zalet takich jak: szybsza stabilizacja złamania, natychmiastowa moliwo poruszania si pacjenta po operacji oraz szybki anatomiczny zrost koci. Leczenie złama poprzez gwodziowanie daje moliwo korekty zagicia ktowego odłamów oraz pozwala unikn

534 A. Krauze, W. Kajzer, J. Marciniak unieruchomienia gipsowego, przez co moliwy jest szybszy powrót pacjenta do codziennego ycia. Jedn z najbardziej znaczcych zalet leczenia za pomoc elastycznych gwodzi jest ochrona okostnej i tkanki mikkiej w rejonie złamania prowadzca do szybszego zrostu. Przeciwwskazaniami do stosowania gwodziowania s złamania w czci bliszej lub dalszej koci udowej, które uniemoliwiaj wprowadzenie gwodzia, jak równie złamania spiralne lub rozdrobnione [2]. Gwodzie po ich wprowadzeniu do kanału ródszpikowego stykaj si z wewntrzn cian koci korowej w trzech punktach rys.1. Dziki temu siły trakcji przekształcaj si w siły kompresji, co pobudza tworzenie kostniny. 1 2 3 a) b) Rys.1. Zasada osteosyntezy elastycznymi gwodziami ródszpikowymi [3]: a) prowadzone prty maj trzy punkty styku z warstw korow, b) siły trakcji s przekształcane w siły naprenia (kompresji) 2. METODYKA BADA 2.1. Model obcienia koci udowej Ze wzgldu na due trudnoci w zamodelowaniu działania wszystkich mini działajcych w rejonie stawu biodrowego podczas podparcia ciała na jednej nodze, w analizie zostały uwzgldnione jedynie te minie, które maj najwikszy wpływ na rozkład sił w okolicy koci udowej. W modelu uwzgldniono pasmo biodrowo piszczelowe PBP, które zostało zamodelowane jako złoenie mini poladkowego duego oraz tensor fasciae latae. Siły mini odwodzicieli SO (misie poladkowy mały i redni) zostały dodane, a pocztek siły wypadkowej znajduje si na krtarzu wikszym. Wektor siły od minia biodrowoldwiowego zaczepiony został na krtarzu mniejszym rys. 2.

Charakterystyka biomechaniczna układu gwodzie ródszpikowe 535 Rys. 2. Kierunki działania sił w przyjtym modelu obcienia koci udowej [4,5] Wartoci sił mini i reakcji w stawie biodrowym w przypadku podparcia na jednej nodze wynikaj z masy ciała 5 cio letniego dziecka. 2.2. Budowa modelu geometrycznego Komputerowa analiza biomechaniczna zespolenia gwód ródszpikowy ko udowa została przeprowadzona dla koci dziecka w wieku 5 lat o masie 20 kg. Model koci udowej został opracowany przy pomocy tomografii komputerowej (CT) i udostpniony w postaci pliku IGES przez Pacific Research Labs, Vashon Island [6]. W modelu koci została uwzgldniona jedynie tkanka korowa - rys. 3a. W czci rodkowej koci zostało zasymulowane złamanie skone. Szczelin pomidzy odłamami przyjto 1,5 mm. Do kanału szpikowego zostały wprowadzone metod wstpujc dwa gwodzie - rys. 3b. Na tak przygotowany model nałoono siatk elementów skoczonych. Cechy geometryczne gwodzi zostały dobrane w odniesieniu do rednicy kanału szpikowego tabela 1. a) b) Rys. 3. Modele numeryczne: a) koci udowej b) gwodzi ródszpikowych Tabela 1 Cechy geometryczne analizowanych gwodzi ródszpikowych [7] Wiek pacjenta, rednica kanału rednica gwodzia, Długo gwodzia, mm lata szpikowego, mm mm 4-6 5-6 2.0 200

536 A. Krauze, W. Kajzer, J. Marciniak W okolicach podkrtarzowych koci oraz w górnych kocach gwodzi siatka została zagszczona, aby istniała moliwo połczenia wzłów koci z wzłami implantów. Materiał koci oraz gwodzi został przyjty jako: liniowo sprysty, izotropowy i jednorodny, w którym zachodzi liniowa zaleno midzy przemieszczeniem i napreniem (zgodnie z prawem Hook a). W modelu nie została uwzgldniona anizotropia czy lepkosprysto, które mog wystpowa w rzeczywistoci. Wartoci modułu Young a i współczynnika Poissona zostały przyjte odpowiednio, dla koci: E = 1,8*10 4 MPa i ν = 0,3, natomiast dla gwodzi: E = 2*10 5 MPa ν = 0,3 [4]. Ko została utwierdzona na całej powierzchni kłykci. W miejscu złamania został załoony kontakt pomidzy gwodziami, a koci. Kocówki gwodzi zostały utwierdzone w dolnej ich czci - rys. 4, a w górnej przyczepione do tkanki korowej. Rys. 4. Sposób załoenia podpór na koci 2.4. Analiza przemieszcze i napre Przeprowadzona analiza polegała na wprowadzeniu geometrii koci udowej oraz gwodzi do programu Ansys, załoeniu materiałów i sprecyzowanie ich własnoci oraz obcieniu całego układu zgodnie z siłami działajcymi w rzeczywistoci w przypadku podparcia ciała na jednej nodze. Analiza miała na celu wyznaczenie napre w gwodziach ródszpikowych (według hipotezy Hubera Misesa), oraz ich przemieszcze wzdłu osi z 3. WYNIKI BADA Wyniki przeprowadzonych oblicze symulacyjnych przedstawiono na rys. 5. W pierwszej kolejnoci analizowano wielkoci przemieszcze elementów gwodzi w obszarze szczeliny złamania. Na podstawie przeprowadzonej analizy zaobserwowano, e gwodzie ograniczone wewntrznymi powierzchniami koci przemieszczaj si pod wpływem obcienia wzdłu osi koci (o z ). Maksymalne przemieszczenie wzdłu tej osi wynosi 1,19 mm rys 5c. Widoczne jest równie wygicie gwodzi pod wpływem obcienia wzdłu osi x i y rys. 5a i 5b. Analizujc wartoci napre w implantach mona zauway, e w gwodziu wprowadzonym od strony bocznej koci wystpuj wiksze naprenia ni na

Charakterystyka biomechaniczna układu gwodzie ródszpikowe 537 wprowadzonym od strony rodkowej rys 5d i 5e. Jest to spowodowane miejscem działania siły pochodzcej od reakcji w stawie. Naprenia te nie przekraczaj 700 MPa, poza fragmentem, gdzie gwód ten styka si bezporednio z koci. a) b) c) d) e) Rys.5. Wyniki oblicze numerycznych: a) przemieszczenia elementów gwodzi wzdłu osi x, b) przemieszczenia elementów gwodzi w osi y, c) przemieszczenia elementów gwodzi wzdłu osi z, d) naprenia w górnej czci gwodzi, e) naprenia w dolnej czci gwodzi

538 A. Krauze, W. Kajzer, J. Marciniak 4. WNIOSKI W zaprezentowanym modelu przyjto pewne uproszczenia, które bd eliminowane podczas dalszych, szczegółowych analiz. Na podstawie przeprowadzonych bada symulacyjnych wyznaczono zakres przemieszcze oraz stan napre w gwodziach ródszpikowych. Analiza uzyskanych wyników oblicze symulacyjnych pozwala na sformułowanie nastpujcych wniosków: maksymalne przemieszczenie elementów gwodzi w miejscu złamania wynosi 1,19 mm, a wic nie została przekroczona dopuszczalna warto 1,5 mm, wielko napre w gwodziach ródszpikowych nie przekroczyła 700 MPa, oprócz fragmentów w obszarze styku kocówki gwodzi z koci co jest uzasadnione przyjtymi uproszczeniami. Uzyskane wyniki mog by podstaw do optymalizacji cech geometrycznych i analizy doboru własnoci materiału. Przyjty model obcienia moe by podstaw do dalszych, bardziej precyzyjnych analiz biomechanicznych zespolenia ko gwód ródszpikowy. LITERATURA 1. Okłot K.: Traumatologia wieku rozwojowego. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1999, s.225-292. 2. Schmittenbecher P. P., Dietz H. G., Linhart W. E., Slongo T.: Complications and problems in intramedullary nailing of children`s fractures European Journal of Trauma 2000, 26, 287-293. 3. A.S.Barczyski, T.S.Gadzik : Leczenie złama trzonu koci udowej u dzieci metod sprystego gwodziowania szpikowego Metizeau. Katedra i Oddział Kliniczny Ortopedii lskiej Akademii Medycznej s.1-14. 4. Stolk J., Verdonschot N., Huiskes R.: Hip-joint and abductor-muscle forces adequately represent in vivo loading of a cemented total hip reconstruction. Journal of Biomechanics 34, 2001, 917-926. 5. J.A. Simoes, M.A. Vaz, S. Blatcher, M. Taylor: Influence of head constraint and muscle forces on the strain distribution within the intact femur. Medical Engineering & Physics 22 (2000) 453 459. 6. http://www.cineca.it/hosted/ltm-ior/back2net/isb_mesh/mesh_list.html 7. J. Prevot, J. P. Metaizeau, J. N. Ligier, P. Lascombes, E. Lesur, G. Dautel: Elastic stable intramedullary nailing (E.S.I.N.). Edition Techniques Encycl. Med. Chir. (Paris, France). Surgical techniques Orthopedics Traumatology, 44-018, 1993, 13.