Egyedi vápakosár végeselemes modellezése
A csípőízületi porckopás kezelésére használt primer teljes csípőimplantátumot általában 10-20 éven belül revíziónak kell alávetni. [1] A revíziós műtét során a komponensek cseréje, illetve eltávolítása történik, vagy éppen további komponens hozzáadása. Egyes pácienseknél a revíziós műtét idejére a medence vápa részén súlyos csonthiányok alakulnak ki, a csípőízületi forgáspontjuk eltolódik. Ennek kezelése nagy kihívást jelentő feladat. [2] Sződy Róbert és társai több ilyen páciens esetén egyedi formára hajlított lemezalkatrész vápakosarat alkalmaztak, mely a medence még ép részeihez csatlakozik füleivel és csavarjaival, visszaállítva az eredeti forgáspontot. [3] A kutatás témája az egyik lemezalkatrész vápakosár szilárdsági analízise és a benne rejlő fejlesztési lehetőségek feltárása.
A vizsgálati módszer végeselemes biomechanikai vizsgálat. A geometriai modellek elkészítéséhez a páciens CT (Computer Tomográfia) felvételein alapulnak, amelyekből a releváns részek kiválasztása a CT felvétel voxeleihez rendelt szürkeségi érték segítségével történt. Ezt követően reverse engineering eljárással és felületmodellezési technikákkal készültek el a medence és a vápakosaras rögzítés CAD modelljei.
A medence, anyagát tekintve tömör és szivacsos részekből áll, ezeken belül pedig az anyagi tulajdonságok inhomogének. A medence végeselemes anyagmodellje szintén a CT felvételeken alapszik, az adott csontrésznek megfelelő, elemenként eltérő rugalmassági modulusú, izotróp tartományok modellezik a csont heterogén jellegét. [4], [5]
Az életvitelhez tartozó terhelések irodalomban található mérési adatai alapján [6], [7] evolutív megoldással tíz olyan (fő) terhelésvektor került meghatározásra, melyek kis félkúpszögű környezeteikben nem található nagyobb terhelés. Ezzel a közelítéssel a nagyszámú, különböző irányú és nagyságú terhelésvektorokra történő szilárdsági ellenőrzések száma tíz terhelési eset ellenőrzésére redukálódott. A modell a csavarelőfeszítés hatását is figyelembe veszi, mely a főterhelés előtt lép működésbe.
A peremfeltételek és a kontakt kapcsolatok biomechanikai irodalomkutatás alapján kerültek megadásra.
A statikus szilárdsági analízis segítségével a vápakosár feszültséggyűjtő helyei meghatározhatók. Itt kell eszközölni fejlesztéseket a feszültségek csökkentésére, melyre a végeselemes alakoptimalizálási eljárás tűnik a legalkalmasabbnak. Ennek során a lemezalkatrész gyárthatóságára vonatkozó követelményeket is figyelembe kell venni.
[1] Hip, knee and shoulder arthoplasty annual report (2016)
https://aoanjrr.sahmri.com/documents/10180/275066/Hip%2C%20Knee%20%26%20Shoulder%20Arthroplasty
2018.10.23. 23:15
[2] Bejek Z. - Lakatos J. –- Szendrői M. (2013): Váparekonstrukciós lehetőség kiterjedt os ilii defektus esetén revíziós műtétekben.
https://matrokplaszt.files.wordpress.com/2014/08/04-bejek2.pdf
2018.10.23. 23:09
[3] Sződy R. és mások (2017): Csípőprotézis revízióikor alkalmazott „custom made” vápakosár tervezése és készítése, három esetben alkalmazott eljárás. Konferenciaközlemény. VII. Magyar Biomechanikai Konferencia Szeged, 2017.10.06.-10.07.
[4] Dóczi M. – Simonovcsi J. – Sződy R. (2018): Egyedi vápakosár végeselemes vizsgálata. Konferenciaelőadás. A Magyar Ortopéd Társaság és a Magyar Traumatológus Társaság 2018. évi Közös Kongresszusa. 2018. 06. 28 – 06.30.
[5] Dóczi M. (2018): Egyedi vápakosár – Mérnöki eszközökkel. Élet és Tudomány 2018/32: 998-1000
[6] Bergmann, G. és mások (2001): Hip contact forces and gait patterns from routine activities. Journal of Biomechanics 34 (7): 859-891
[7] Orthoload Loading of Orthopaedic Impalnts (É.n.)
https://orthoload.com/test-loads/data-collection-hip98/
2018.10.23. 23:17
szerző
-
Dóczi Martin Olivér
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Simonovics János
Egyetemi adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Dr. Sződy Róbert
Főorvos, Országos Traumatológiai Intézet (külső)
