بررسي تاثير نحوه جايگذاري و جنس پلاك تيبيا بر الگوي تنش در ناحيه شكستگي

Effect of placement and material properties of tibial plate on stress pattern at fractured site

پلاك هاي ارتوپدي از ابزارهاي پركاربرد در فرايند درمان شكستگي هاي استخواني مي باشند. با اين حال استفاده از اين پلاك ها به علت تغييراتي كه در الگوي طبيعي انتقال تنش ايجاد مي نمايد، موجب كاهش دانسيته استخوان در دراز مدت مي‌شود. هدف از اين تحقيق ارايه نوع جديدي از پلاك با سختي مدرج از نظر توزيع تنش است. در كار حاضر، مدل هاي المان محدود سه بعدي پلاك با سختي مدرج و پلاك هاي رايج تيتانيومي و فولادي زنگ‌نزن با استفاده از نرم‌افزار آباكوس مورد تحليل قرار گرفته است. تاثير عدم تماس بين پلاك و استخوان بر روي ميزان تنش در استخوان نيز مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور از يك مدل سه بعدي واقعي استخوان كه با استفاده از تصاوير سي تي اسكن پاي چپ انسان بدست آمده، استفاده شده است. نتايج بيانگر آن بود كه استفاده از پلاك با سختي مدرج منجر به كاهش استرس شيلدينگ در استخوان و باعث اعمال تنش فشاري بيشتري در استخوان شده كه اين امر منجر به تسريع در روند معالجه در مقايسه با پلاك هاي تيتانيومي و فولادي زنگ‌نزن خواهد شد. نتايج اين تحقيق همچنين نشان داد كه استفاده از پلاك هاي بدون تماس، محيط مكانيكي مساعدي به منظور ترميم شكستگي فراهم مي كند.

Orthopedic plates are currently used in bone healing process. However they cause density loss because ofthe change in natural stress patterns. The aim of this study was to evaluate a newly developed bone plate using functional graded material in term of stress pattern. In the present study, 3D finite element models of tibial bone plate with variable stiffness of a graded material and traditional bone plates made of stainless steel and Ti alloy have been developed by using the ABAQUS software. Effects on the predicted stresses at the fracture site in the presence of a distance between the plate and fractured bone were also studied. For this purpose, a 3D model of tibia was created with the exact geometry of the real bone geometry by using CT scan images of a human left leg. Results showed that the bone plate with graded material offers less stress-shielding to the bone, providing a higher compressive stress at bone to induce accelerated healing in comparison with Ti alloy and stainless-steel bone plate. Results also showed that the use of non-contact plates provide a favorable mechanical environment for the following fracture healing.