Розподіл напружень у системі «фіксатор — кістка» при проведенні остеосинтезу нижньої щелепи накістковими міні-пластинами

Autor: Kopchak, A.V., Krisрchuk, M.G.
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2014
Předmět:
Zdroj: UKRAINIAN JOURNAL OF SURGERY; № 1.24 (2014); 44-49
УКРАИНСКИЙ ЖУРНАЛ ХИРУРГИИ; № 1.24 (2014); 44-49
УКРАЇНСЬКИЙ ЖУРНАЛ ХІРУРГІЇ; № 1.24 (2014); 44-49
ISSN: 1997-2938
1999-1649
Popis: A study of the stiffness, strength and reliability of the bone — fixator systems after mandibular osteosynthesis with titanium miniplates was performed by investigating the character of the stresses and strains distribution during masticatory loads using the methods of computer simulation. Three-dimensional finite-element model of the mandible segment with fracture in the angular region as well as the models of titanium miniplates and screws were created in the Solidworks software and imported into the Ansys 5.7 program for further calculations. The mechanical properties of bone considering its structural heterogeneity were applied on the base of experimental data. It was found out that under masticatory loads bone — fixator system was in a complex stress and strain state. Stress distribution was uneven: the greatest loads were noted in the first 2 screws from the fracture gap. Stresses passed on bone mainly in the area of the outer cortical plate, and their maximum concentration was observed in the area of the first 3–4 turns of thread. Increasing the number and length of the screws did not lead to a significant reduction of stress in areas of maximum concentration. Instead, the presence of contact between the bone fragments and the properties of the bone tissue in the fracture zone had a significant impact both on the distribution of stresses in the system, and their absolute value. In presence of interfragmentary diastasis all stresses were perceived and redistributed by plates and screws, their maximum value in conditions that meet soft food chewing exceeded the maximum allowable value and stability of the whole system was inadequate. If there was a direct contact between the fragments, compressive stresses in the region of the lower edge of the jaw bone were directly perceived by the fragments, which significantly reduced the plate load. Reducing the stiffness of bone near the fracture gap leads to increased strain of the system and increase the load on the screws remote from the fracture gap.
Проведено исследование жесткости, прочности и надежности системы «фиксатор — кость» при остеосинтезе нижней челюсти титановыми накостными мини-пластинами на основе изучения особенностей распределения напряжений и деформаций, возникающих в ней при жевательных нагрузках, методами компьютерного имитационного моделирования. Трехмерная конечно-элементная модель сегмента нижней челюсти с воспроизведенным переломом в области угла, а также модели накостных мини-пластин и шурупов были созданы в программной среде Solidworks и импортированы в программу Ansys 5.7 для проведения дальнейших расчетов. Механические свойства кости с учетом ее структурной неоднородности задавали на основании данных, полученных в натурных экспериментах. Установлено, что в условиях жевательной нагрузки система «фиксатор — кость» находилась в сложном напряженно-деформированном состоянии. Распределение напряжений было неравномерным: наибольше нагрузки воспринимали первые 2 шурупа от щели перелома. Напряжения передавались на костную ткань преимущественно в области наружной кортикальной пластины, а их максимальная концентрация отмечалась в области первых 3–4 витков резьбы. Увеличение количества и длины шурупов не приводило к существенному уменьшению напряжений в зонах их максимальной концентрации. В то же время наличие контакта между костными отломками и состояние костной ткани в зоне перелома оказывали существенное влияние как на характер распределения напряжений в системе, так и на их абсолютную величину. При наличии межфрагментарного диастаза напряжения воспринимались и перераспределялись исключительно за счет пластины и шурупов, их максимальная величина в условиях, соответствующих пережевыванию мягкой пищи, превышала предельно допустимые значения, а стабильность системы в целом оказывалась недостаточной. При наличии плотного контакта между фрагментами сжимающие напряжения в области нижнего края челюсти воспринимались непосредственно костной тканью отломков, что существенно уменьшало нагрузку на пластину. Уменьшение жесткости костной ткани вблизи щели перелома приводило к увеличению деформаций в системе и росту нагрузки на шурупы, удаленные от щели перелома.
Проведено дослідження жорсткості, міцності та надійності системи «фіксатор — кістка» при остеосинтезі нижньої щелепи титановими накістковими міні-пластинами на основі вивчення особливостей розподілу напружень і деформацій, що виникають у ній при жувальних навантаженнях, методами комп’ютерного імітаційного моделювання. Тривимірну кінцево-елементну модель сегмента нижньої щелепи з відтвореним переломом у ділянці кута, а також моделі накісткових міні-пластин і шурупів було створено в програмному середовищі Solidworks та імпортовано в програму Ansys 5.7 для проведення подальших розрахунків. Механічні властивості кістки з урахуванням її структурної неоднорідності задавали за даними, отриманими в натурних експериментах. Було встановлено, що в умовах жувального навантаження система «фіксатор — кістка» перебувала в складному напружено-деформованому стані. Розподіл напружень був нерівномірним: найбільше навантаження сприймали перші 2 шурупи від щілини перелому. Напруження передавались на кісткову тканину переважно в ділянці зовнішньої кортикальної пластини, а їх максимальна концентрація відзначалась у ділянці перших 3–4 витків різьби. Збільшення кількості й довжини шурупів не призводило до суттєвого зменшення напружень у зонах їх максимальної концентрації. Натомість наявність контакту між кістковими уламками та стан кісткової тканини в зоні перелому мали суттєвий вплив як на характер розподілу напружень у системі, так і на їх абсолютну величину. За наявності міжфрагментарного діастазу всі напруження сприймались і перерозподілялись за рахунок пластини й шурупів, їх максимальна величина в умовах, що відповідали пережовуванню м’якої їжі, перевищувала гранично допустимі значення, а стабільність системи в цілому виявлялась недостатньою. За наявності щільного контакту між фрагментами стискаючі напруження в ділянці нижнього краю щелепи сприймались безпосередньо кістковою тканиною уламків, що суттєво зменшувало навантаження пластини. Зменшення жорсткості кісткової тканини поблизу щілини перелому призводило до збільшення деформацій у системі та зростання навантаження на шурупи, віддалені від щілини перелому.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: