PROJEKT MODULARNEJ ENDOPROTEZY STAWU SKOKOWEGO

Katarzyna IGNATIUK, Marcin DZIEMIANOWICZ, Magdalena AMONOWICZ,
Szczepan PISZCZATOWSKI, Katedra Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej, Politechnika
Białostocka, Białystok
PROJEKT MODULARNEJ ENDOPROTEZY STAWU SKOKOWEGO
PROJECT OF MODULAR ANKLE PROSTHESIS
Słowa kluczowe: endoproteza, staw skokowy
1.WSTĘP
Staw skokowy, jako jeden z najbardziej skomplikowanych fragmentów układu kostnostawowego człowieka, stanowi wyzwanie podczas alloplastyki tego stawu oraz powrotu
do sprawności sprzed urazu [1].
W projekcie skupiono się na opracowaniu takiego modelu endoprotezy, który w jak
największym stopniu pozwoli na powrót do normalnego funkcjonowania osobie po urazie
stawu skokowego i obniży naprężenia występujące między endoprotezą a układem kostnym.
W tym celu zaprojektowano modularną endoprotezę stawu skokowego, wzorując się
na istniejącym rozwiązaniu INBONE, z modyfikacją kotwiczenia jej w kości skokowej.
Ponadto przeprowadzono analizę wytrzymałościową rozwiązania dostępnego na rynku
i porównano ją z zaproponowanym rozwiązaniem.
2. PROJEKT MODULARNEJ ENDOPROTEZY STAWU SKOKOWEGO
2.1. Rozwiązanie konstrukcyjne
Rys.1. Budowa endoprotezy: 1. Moduł trzpienia I, 2.Moduł trzpienia II, 3.Moduł trzpienia III,
4.Podstawa trzpienia, 5.Wkładka, 6.Głowa endoprotezy, 7.Bolec, 8.Śruba, 9.Zaślepka
Zaproponowane rozwiązanie jest modularną endoprotezą stawu skokowego, która
ma odwzorować funkcje zginania grzbietowego i podeszwowego. Od ogólnie dostępnych
rozwiązań różni się sposobem mocowania elementu skokowego endoprotezy w kości
XII Konferencja Naukowa Majówka Młodych Biomechaników im. prof. Dagmary Tejszerskiej
s. 52
skokowej. Zastosowanie dwóch, mniejszych, przeciwnie skierowanych bolców przeciwdziła
“wyrywaniu” elementu kotwiczącego z kości.
W projekcie przyjęto, iż komponenty endoprotezy zostaną wykonane ze stopu Co-Cr-Mo.
Następnie plazmowo zostanie naniesiona warstwa proszku tytanowego, który pozwoli
na pokrycie odpowiednich miejsc hydroksyapatytem [2,4].
2.2. Analiza wytrzymałościowa dostępnego i zaproponowanego rozwiązania
Wzorując się na badaniach Bouguecha i Weigel’a założono, że na implant działała pionowa
siła 5,2 kN [3]. W wyniku analizy, naprężenia zredukowane, otrzymane w wersji
zaprojektowanej, rozkładają się równomiernie przy każdym elemencie kotwiczącym
I są niższe od naprężeń, jakie występują w wersji dostępnej na rynku. Maksymalne naprężenia,
które zaobserwowano w wersji zaprojektowanej, sięgają 166 MPa, zaś w ogólnie dostępnej
wersji 176 MPa.
a)
b)
Rys. 2. Rozkład naprężeń zredukowanych występujących w komponencie endoprotezy w wersji a)
INBONE , b) zaprojektowanej, po obciążeniu pionową siłą 5,2 kN
LITERATURA
[1] Tejszerska D., Świtoński E., Gzik M.: Biomechanika narządu ruchu człowieka. Wyd.1.
Instytut Technologii Eksploatacji - PIB, Radom, 2011
[2] Stoch A., Długoń E.: Powłoki hydroksyapatytu na azotowanym stopie tytanu Ti6Al4V,
Inżynieria Biomateriałów, 2004, s. 38-43
[3] Bouguecha A., Weigel N., Behrens B., Stukenborg-Colsman C., Waizy H.: Numerical
simulation of strain-adaptive bone remodelling in the ankle joint, 2011
[4] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3158558/#B10