ВИЗНАЧЕННЯ ЧУТЛИВОСТІ КОМП’ЮТЕРНОЇ МОДЕЛІ МЕТАЛЕВИХ ТА ПОЛІМЕРНИХ ГВИНТІВ ФІКСОВАНИХ В КОРТИКАЛЬНОМУ ШАРІ ДІАФІЗА ДОВГИХ ТРУБЧАСТИХ КІСТОК ДО СТУПЕНЯ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ ТА ТИПУ СКІНЧЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Анотація

Комп’ютерне моделювання вважається сучасним методом дослідження біомеханічних взаємодій в ділянці остеосинтезу переломів. Одними з основних елементів внутрішньої фіксації є гвинти, зокрема, діаметром 3,5 мм, виготовлені з нержавіючої сталі, титанових сплавів, а також перспективним є застосування таких полімерних матеріалів, як поліамід-12 (П-12) та полілактид. Метою нашого дослідження було визначити та порівняти біомеханічні взаємодії, що виникають при осьовому навантаженні між металевими і полімерними гвинтами та кістковою тканиною шляхом комп’ютерного моделювання з урахуванням типу та розмірів скінчених елементів та впливу контактних пар поверхонь на виникнення стресових навантажень в різних ділянках моделі. Дослідження проводилося в програмному комплексі Autodesk Fusion в діапазоні сил від 100Н до 300Н, що прикладалися до торцевої частини гвинта фіксованого монокортикально вздовж його осі. Визначався еквівалентний стрес за фон Мізесом в різних ділянках комп’ютерної моделі гвинтів стандарту АО діаметром 3,5 мм з нержавіючої сталі 316L та П-12. При застосуванні 10-вузлових пірамідальних елементів з розміром скінченого елемента в діапазоні від 1% до 5% від розмірів моделі та використанні з’єднаного симетричного контакту значуща міжгрупова варіабельність результатів відсутня, як для гвинтів з нержавіючої сталі (F=0,256; р=0,905; n=60), так і для гвинтів з П-12 (F=0,157; p=0,959; n=60). Дана модель з зазначеним рівнем дискретизації дозволяє отримати статистично значимі дані еквівалентного стресу за фон Мізесом в групах порівнянь при силі навантаження гвинта з нержавіючої сталі в 100Н – 6,78 ± 4,80 МПа, 200Н – 13,64 ± 9,63 МПа та 300Н – 20,30 ± 14,45 МПа (F=8,027; р=0,001; n=60). Зазначений тип та розмір скінчених елементів та моделювання контакту вважаються нами достатніми при проведені подальших досліджень, а рівень мікрорухомості в зазначеному діапазоні навантаження становив до 0,04 мм для металевого гвинта та до 0,08 мм для полімерного гвинта, що не свідчить про можливість міграції фіксатора.