بررسي عملكرد صفحات هدفمند به عنوان تثبيت كننده استخوان در حال ترميم

The performance of a functionally graded bone fixation plate

در اين مقاله عملكرد صفحات هدفمند به عنوان تثبيت كننده استخوان آسيب ديده بررسي مي¬شود. بدين منظور استخوان تقويت شده با صفحات هدفمند در نرم¬افزار اجزائ محدود مدل¬سازي مي¬شود. در اينجا فرض مي¬شود كه مدول الاستيسيته صفحات هدفمند به صورت نمايي در راستاي عرضي، طولي يا هر دو جهت به طور همزمان تغيير مي¬كند. همچنين ناحيه شكستگي استخوان با پينه استخواني مدل¬سازي مي¬شود كه به تدريج با بهبود شكستگي مدول يانگ آن افزايش مي¬يابد. توزيع تنش قائم در راستاي شكستگي استخوان به عنوان عامل تعيين كننده مدنظر قرار مي¬گيرد. نتايج تحليل ها در اين مقاله نشان مي¬دهد كه صفحات هدفمند مقدار استرس شيلدينگ را به مقدار قابل ملاحظه¬اي نسبت به صفحات فلزي متداول كاهش مي¬دهند زيرا مفهوم مواد هدفمند امكان طراحي صفحات تثبيت با سفتي مدنظر را فراهم مي¬آورد. همچنين براي صفحه هدفمند با تغييرات تركيبي حداكثر 12% از سطح مقطع استخوان تحت تنش كششي قرار مي¬گيرد و حداكثر تنش كششي ناحيه شكستگي از حد تسليم پينه استخواني فراتر نمي¬رود.

In this paper, the performance of a graded bone fixation plate is investigated. The finite element method is utilized to determine the stress distribution within an internally fixed bone. It is assumed that the elastic modulus of the fixation plate continuously changes longitudinally and transversely concurrently. Also, the fracture site is represented by the bone callus such that its elastic modulus gradually increases during the healing process. The variation of the in-plane stress through the bone thickness is the main objective of this study. The results indicate that the graded plates can significantly decrease the stress shielding compared to their conventional counterparts. Moreover, the maximum tensile stress for the bi-directional graded plate is lower than the yield stress of the fracture site.