PROJEKT MODULARNEJ ENDOPROTEZY STAWU SKOKOWEGO
Transkrypt
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