تجزیه و تحلیل المان محدود تکنیک گوه باز استئوتومی پروگزیمال استخوان تیبیا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران.

2 گروه ارتوپدی، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده
چکیده:
زﻣﻴﻨﻪ و هدف: انحراف در امتداد سالم استخوان از مشکلات رایج بیماران ارتوپدی است. یکی از این اختلالات به طور خاص در زانو به صورت ژنو واروم و ژنو والگوم بروز می کند. اندیکاسیون های تا حدودی مشخص برای اصلاح این مشکلات وجود دارد که این اصلاح معمولاً به صورت جراحی با استئوتومی و تغییر شکل و ثابت کردن استخوان در موقعیت جدید انجام می شود. در این زمینه تکنیک های فراوانی چه از نظر جراحی، چه از نظر نوع استئوتومی و چه از نظر نوع وسیلة فیکساسیون وجود دارد.
هدف این مطالعه تجزیه و تحلیل المان محدود و مقایسه بیومکانیکی تکنیک گوه باز استئوتومی پروگزیمال استخوان تیبیا بود. به این منظور تلاش شد تا تأثیر جراحی استئوتومی بر اصلاح تراز اندام تحتانی شبیه سازی شود. در این پژوهش رفتار بیومکانیکی چهار حالت شامل پروفیل پلاک به صورت خمیده و صاف و جهت گیری پیچ های پروگزیمال به صورت همگرا و واگرا تحت بار استاتیکی روی مدل ساخته شده در نرم افزار المان محدود بررسی و نیز برای نزدیک شدن به واقعیت یک مدل از چهار حالت مذکور، پیچ های ارتوپدی به صورت رزوه دار شبیه سازی شد.
روشها: مدل سازی و شبیه سازی برای این که تا حد ممکن با مراجع نزدیک باشد، از تصاویر ثبت شده به روش سی تی اسکن از مولاژ استخوانی تهیه شده توسط مشاور طرح در 379 مقطع استفاده شد. تصاویر سی تی اسکن به نرم افزار میمیکس (Mimics) منتقل شد، وضعیت هندسی ایمپلنت ها و پیچ های ارتوپدی بعد از تهیه فیزیکی در نرم افزار سالید ورک (Solid work) ترسیم شد، سپس، مدل تحت آنالیز بیومکانیکی به صورت استاتیک در محیط نرم افزار آباکوس (Abaqus 6.14.2) قرار گرفت. برای دستیابی به مدل واقعی از منظر خواص، استخوان کورتیکال به صورت ارتوتروپیک و استخوان اسفنجی به صورت همسانگرد صفحه ای و ایمپلنت و پیچ های ارتوپدی نیز از جنس آلیاژ تیتانیوم در نظر گرفته شدند.
نتایج: در مقایسة تنش فون میسز (von Mises stress) بین چهار حالت، حالت پلاک خمیده با جهت پیچ های پروگزیمال به صورت همگرا، دارای بیشترین مقدار تنش فون میسز بر روی ایمپلنت و پیچ های ارتوپدی است، در حالی که تنش فون میسز روی استخوان در این حالت نسبت به سایر حالات دارای کمترین مقدار و احتمال رخ دادن پدیدة سپر تنشی (stress shielding) در این حالت بیشترین مقدار است؛ در مقابل، حالت پلاک صاف با جهت پیچ واگرا دارای کمترین مقدار تنش فون میسز روی ایمپلنت و پیچ های ارتوپدی است و انتظار می رود این حالت از منظر بیومکانیکی دارای بهترین خواص باشد. در  مدل سازی با در نظر گرفتن رزوه برای پیچ های ارتوپدی، تنش به طور چشمگیری روی استخوان، ایمپلنت و پیچ های ارتوپدی افزایش یافت و این مسئله بیانگر اهمیت و ضرورت درنظر گرفتن رزوة پیچ های ارتوپدی در  مدل سازی المان محدود است چراکه با حذف رزوة پیچ ها تمرکز تنش روی دندانة پیچ ها حذف می شود و نتایج با واقعیت اختلاف خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Finite element analysis of open wedge technique of proximal tibial osteotomy

نویسندگان English

Abolfazl Majidi Yazdi 1
behrooz sepehri 1
alireza mousavian 2
1 Graduated from Islamic Azad University, Mashhad branch
2 Orthopedic department, Orthopedic Research center, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
چکیده English

The aim of this study was finite element analysis and biomechanical comparison of open wedge technique of proximal tibial osteotomy. For this purpose, an attempt was made to simulate the effect of osteotomy surgery on correcting the alignment of the lower limb. In this research, the biomechanical behavior of four states, including the profile of the plaque as curved and flat, and the orientation of the proximal screws as convergent and divergent under static load on the model made in the finite element software, and also to get closer to reality, a model of four states As mentioned, orthopedic screws are simulated as threaded. The images recorded by the CT scan method of the bone model prepared by the design consultant were used in 379 sections.The CT scan images were transferred to Mimics software, the geometry of orthopedic implants and screws was drawn in Solidwork software after physical preparation, then the model was subjected to static biomechanical analysis in the Abaqus software environment, to achieve the real model. From the point of view of properties, cortical bone as orthotropic and spongy bone as planar isotropic and implants and orthopedic screws were also considered titanium alloy.In the comparison of the von Mises stress between the four states, the bent plate state with the direction of the proximal screws converging has the highest von Mises stress on the implant and orthopedic screws, while the von Mises stress on the bone is the lowest in this state. The probability of occurrence of the stress shield phenomenon is the highest in this case, in the modeling considering the thread of orthopedic screws, the stress increased significantly on the model, and this issue indicates the importance of considering the thread of orthopedic screws in finite element modeling.

کلیدواژه‌ها English

osteotomy
tibia
finite element analysis
Genu Varum
Genu Valgum