مدل‌سازي و تحليل مكانيكي صفحه تثبيت استخواني كامپوزيتي فسفات كلسيم دوفازي/ ابريشم براي درمان شكستگي استخوان تيبيا

Modeling and Mechanical Analysis of Biphasic Calcium Phosphate/Silk Composite Bone Plate for Fractured Tibia Healing

هدف از اين تحقيق، مدل‌سازي و تحليل مكانيكي صفحه تثبيت استخواني كامپوزيت لايه‌اي تخريب‌پذير فسفات كلسيم دوفازي/ ابريشم (BCP/Silk) (چهار لايه فسفات كلسيم دوفازي و سه لايه ابريشم به‌صورت يك در ميان) براي درمان شكستگي استخوان تيبيا است. جهت مدل‌سازي و تحليل مكانيكي از نرم‌افزار آباكوس استفاده شد. ابتدا استخوان تيبيا بر اساس اندازه‌هاي آنتروپومتري يك انسان متوسط به‌صورت يك استوانه دولايه درنظر گرفته شد كه بخش داخلي آن را مغز استخوان و بخش بيروني آن را استخوان قشري تشكيل مي‌دهد. سپس صفحه تثبيت استخوان و پيچ‌ها بر اساس استاندارد‌هاي موجود و همچنين با توجه به خواص مكانيكي كامپوزيت جديد مورد نظر اين پژوهش، در نرم‌افزار آباكوس طراحي شد. مش صفحه تثبيت استخوان از نوع هرمي و براي بقيه تجهيزات از نوع آجري انتخاب شدند. صفحه تثبيت روي استخوان قرار گرفت و با مقيد كردن استخوان در راستاي محور Y، بار استاتيكي حدود 400 نيوتن اعمال شد. نتايج نشان مي‌دهد كه صفحه تثبيت استخوان كامپوزيتي علاوه‌ بر زيست‌سازگار و تخريب‌پذير بودن داراي مدول الاستيك حدود 21 گيگاپاسكال بوده كه نزديك به مدول الاستيك استخوان است.

The purpose of this paper was modeling and mechanical analysis of the biodegradable biphasic calcium phosphate/silk (BCP/Silk) laminated composite bone plate for fractured tibia healing; to this aim,ABAQUS 6.13 was employed for modeling and mechanical analysis. First, the tibia bone was considered based on the anthropometric measurements of an average person as a two-layer cylinder; the inner part was the bone marrow and the outer one was the cortical bone. Then, the bone plate and screws were designed according to the defined standards and the properties of new composite in the ABAQUS software. The mesh of bone plate and other equipments were selected to be tetragonal and cubic, respectivelly. After that, the bone plate was placed on the bone while the bone was bounded along the Y axis and the force of around 400 N was loaded. The results showed that the biocompatible and biodegradable composite bone plate had the elastic modulus of about 21 GPa, which was close to the bone modulus.