КРМУ, кафедра травматология и ортопедия
Введение. В процессе разработки имплантов для остеосинтеза специалисты все чаще используют математическое (компьютерное) моделирование с целью биомеханического обоснования преимуществ, прочностных характеристик и надежности имплантов при использовании в практической работе. Математическое моделирование позволяет получить максимальную полезную информацию для обеспечения механической совместимости импланта.
Цель исследования. Изучить напряженно-деформированное состояния в биомеханических системах: «ключица – крючкообразная пластина» и «ключица – крючкообразная пластина – лавсановая лента» методом конечных результатов с использованием программы КОМПАС-3D (APM FEM), Autodesk Inventor PR.
Материалы и методы. Представлены результаты математического обоснования восстановления акромиально-ключичного сочленения новым комбинированным способом (Патент на изобретение РК № 36128 от 03.03.2023 г. «Комбинированный способ восстановления акромиально-ключичного сочленения»).
Результаты. Методом конечных результатов с использованием программы КОМПАС-3D (APM FEM), Autodesk Inventor PR проведен математический анализ напряженно-деформированного состояния, возникающих при воздействии чрезмерных нагрузок в биомеханических системах: «ключица – крючкообразная пластина» и «ключица – крючкообразная пластина – лавсановая лента». Для реализации задачи была разработана усредненная виртуальная стереолитографическая 3D компьютерная модель ключицы и лопатки (STL-модель).
В результате конечно-элементного анализа установлено, что новый комбинированный способ позволяет снизить эквивалентные напряжения с 8,16 до 4,19 МПа, уменьшить смещение крючка с 1,5 до 0,03 мм и увеличить минимальный коэффициент запаса прочности с 1,74 до 1,93.
Выводы. Результаты проведенных биомеханических исследований позволили сделать вывод о следующих преимуществах нового способа восстановления акромиально-ключичного сочленения перед классическим методом шинирования акромиально-ключичного сустава с помощью крючкообразной пластины: снижение напряжения в местах взаимодействия крючка крючкообразной пластины с акромиальным отростком лопатки в 1,9 раз; уменьшение смещения крючка пластины в 50 раз; повышение запаса прочности на 1 мин.
Introduction. In the development of implants for osteosynthesis, specialists increasingly use mathematical (computer) modeling to biomechanically justify the advantages, strength characteristics, and reliability of implants in practical applications. Mathematical modeling enables the extraction of the maximum useful information to ensure the mechanical compatibility of the implant.
Objective. To study the stress-strain state in the biomechanical systems «clavicle – hook-shaped plate» and «clavicle – hook-shaped plate – lavsan tape» using the finite-element method using the KOMPAS-3D (APM FEM) program and Autodesk Inventor PR.Materials and methods. The article presents the results of the mathematical justification of the restoration of the acromioclavicular joint by a new combined method (Patent for invention RK No. 36128 dated 03.03.2023 «Combined method for restoring the acromioclavicular joint»).
Results. The finite-element method using the KOMPAS-3D (APM FEM) program and Autodesk Inventor PR was used to perform a mathematical analysis of the stress-strain state under the influence of excessive loads in the biomechanical systems «clavicle – hook plate» and «clavicle – hook plate – lavsan tape». An averaged virtual stereolithographic 3D computer model of the clavicle and scapula (STL model) was developed to implement the task.
The finite element analysis showed that the new combined method reduces equivalent stresses from 8.16 to 4.19 Mpa, decreases the displacement of the hook from 1.5 to 0.03 mm, and increases the minimum safety margin from 1.74 to 1.93.
Conclusion. The conducted biomechanical studies revealed the advantages of the new method for restoring the acromioclavicular joint over the classical method of splinting using a hook-shaped plate. The new method reduces stress at the points of interaction between the hook of the hook-shaped plate and the acromial process of the scapula by 1.9 times, decreases the displacement of the hook by 50 times, and increases the safety margin for 1 min.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.