بررسي پايداري دستگاه ثابت كننده خارجي يك طرفه موتوردار طراحي شده جهت رفع فقدان استخواني در حالت ديناميكي با استفاده از شبيه سازي المان محدود

Investigating the stability of motorized unilateral external bone fixators to recover the destroyed bones in dynamic mode using the finite element simulation

هم‌راستا نمودن استخوان‌هاي شكسته شده با استفاده از ثابت كننده خارجي يك‌طرفه استخوان، امروزه رواج يافته است، ولي تنظيم آنها براي نگه داشتن تكه‌هاي استخوان از چهار ناحيه و جابجايي آنها با شل نمودن پيچ‌ها به منظور استخوان سازي موجب بروز خطا و در نتيجه موجب مشكلات متعدد مي گردد. هدف از تحقيق حاضر، اطمينان از پايداري و استحكام دستگاه ثابت كننده خارجي يك طرفه استخوان مجهز به چهار موتور مي‌باشد كه قادر است با استفاده از موتورها تكه‌هاي استخوان را از چهار ناحيه بدون خطا و با دقت مطلوب جابجا كند. اين دستگاه در نرم‌افزار ساليدوركز طراحي مي‌گردد. سپس، با استفاده از روش تحليل المان محدود در نرم‌افزار انسيس، شبيه‌سازي‌ها و تحليل‌هاي دستگاه انجام مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي‌ها در حالت ديناميكي در مدت زمان 1 ثانيه، اعمال نيروهاي فشاري 150نيوتني و 130 نيوتني و اعمال نيروي 150 نيوتني خمش هشت نقطه‌اي، پايداري دستگاه را تاييد مي‌نمايد و با اعمال گشتاور پيچشي 8 نيوتن‌متري، دستگاه همچنان پايداري خود را حفظ مي‌نمايد. نتايج نشان مي‌دهد كه دستگاه طراحي شده از پايداري، صلبيت و استحكام لازم جهت ثابت نگه داشتن استخوان برخوردار است. علاوه بر اين، اين دستگاه مي‌تواند تكه‌هاي استخوان را به صورت دقيق با استفاده از واحد كنترل الكترونيكي موتورها به‌منظور استخوان‌‌سازي جابجا كند. بنابراين، ساخت و استفاده از دستگاه در جراحي‌هاي ارتوپدي توصيه مي‌شود.

Nowadays, the alignment of broken bones using unilateral external fixators has been popular. However, their adjustment to hold bone pieces from four areas and move them by loosening the screws for ossification is associated with errors and consequently various problems. The present study aims to assess the stability and strength of a unilateral external fixator equipped with four motors, which is able to accurately move the bone pieces from four areas using the motors without error. The device is designed in SolidWorks software. Then, its simulations and analyzes are performed using the finite element method in ANSYS software. The results of the simulations in dynamic mode in a period of 1 s, compressive forces of 150 N and 130 N, and eight-point bending force of 150 N confirm the stability of the device and by applying a twisting torque of 8 Nm, the device still maintains its stability. The results show that the designed device has the necessary stability, rigidity, and strength to keep the bone stable. Moreover, using the electronic control unit of the motors, this device can precisely move the bone pieces for ossification. Therefore, it is recommended to manufacture and use this device in orthopedic surgeries.