Vápakosár szilárdsági jellemzőinek javítása topológia optimalizálás segítségével
Napjainkban egyre nagyobb jelentőséggel bír a műszaki területeken belül a biomechanika, mely remek lehetőséget biztosít arra, hogy mérnöki megoldásokkal támogassuk az orvosok munkáját, és ezzel elősegítsük a betegek gyógyulását. Manapság egyre nagyobb számban kerül sor csípőízületi implantátumok beültetésre, melyekkel az ízületi porckopás következtében fellépő fájdalom és mozgásszervi nehézségek megszüntethetők. Ezeket az implantátumokat azonban minden esetben időszakos revíziónak kell alávetni, fellazulásuk, elmozdulásuk vagy sérülésük esetén pedig cserélni kell. Esetenként kialakulhat egy kiterjedtebb csonthiány ezen a területen. Ebben az esetben szükség lehet egyedileg tervezett vápakosarak használatára, melyek a lehető legjobban követik le a páciens csontjának geometriáját, és ezáltal nagyobb teherbírásúak és tartósabbak lehetnek, mint a kereskedelmi forgalomban kapható társaik.
A kutatás alapját Dr. Sződy Róbert és társainak munkája [1] jelentette, akik több revíziós műtéthez is egyedileg hajlított lemezalkatrész vápakosarat használtak. Felmerült az igény, hogy a rögzítőfülek elhelyezésének és kialakításának továbbfejlesztésével elérhető-e hosszabb élettartam egy ilyen konstrukció esetében.
Az irodalomkutatást követően a vápakosár kialakításának legfontosabb szempontjaival ismerkedtem meg, továbbá a tartófülek csatlakozásának lehetőségeit is vizsgáltam. A következő lépésben kialakítottam egy tervezési teret, majd erre az életviteli terhelések modelljének segítségével topológia optimalizálást futtattam végeselemes környezetben. Az eredmények és a csatlakozó gömbfej adott pozíciójának ismeretében létrehoztam egy koncepcionális vápakosár modellt, melyet aztán egy végeselemes szimuláció keretében a kialakuló feszültségekre és elmozdulásokra vizsgáltam.
Ezt követően a kosár füleinek geometriáját felületmodellezés segítségével illesztettem a megmaradt csontgeometriához és kialakítottam a rögzítések helyeit. Az így kapott geometriát felhasználva egy újabb analízist hoztam létre, mely ezúttal tartalmazta a csontgeometriát is, melyhez a kialakított vápakosár kontakt kapcsolattal csatlakozott. Ennek a modellnek a segítségével vizsgáltam a kosár viselkedését terhelés hatására és elvégeztem a szükséges geometriai módosításokat az ébredő feszültséget redukálásának céljából. Javaslatokat tettem a koncepció továbbfejlesztésére, melyekkel elérhetővé válhat a feszültségek mérséklése az elmozdulások kívánt mértékű növelése mellett.
[1] - Sződy R. és társai (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.
szerző
-
Jakab Viktor
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dóczi Martin Olivér
Doktorandusz, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Dr. Zwierczyk Péter Tamás
adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
