شماره ركورد
25493
شماره راهنما
BIOMED2 244
عنوان
مدلسازي و تحليل مكانيكي صفحه تثبيت استخواني زيست تخريب پذير آلياژ منيزيم WE43 براي شكستگي شافت بازو
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي - بيومتريال
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404.10.20
صفحه شمار
80 ص.
استاد راهنما
دكتر مهدي ابراهيميان
كليدواژه فارسي
آناليز مكانيكي , زيست تخريب¬پذير , آلياژ منيزيم WE43 , صفحه¬ تثبيت استخوان , شكستگي شافت بازو
چكيده فارسي
شكستگي شافت استخوان بازو يكي از آسيبهاي شايع اندام فوقاني محسوب ميشود كه معمولاً در اثر تصادفات، ضربههاي شديد يا فعاليتهاي ورزشي رخ ميدهد. يكي از روشهاي رايج و مؤثر در درمان اين نوع شكستگيها استفاده از صفحات تثبيت استخواني است. در سال هاي اخير، آلياژ هاي مبتني بر منيزيم به دليل خواص مكانيكي مناسب، زيست سازگاري بالا و قابليت زيست تخريب پذيري، به عنوان گزينهاي اميدبخش براي ساخت كاشتنيهاي موقت ارتوپدي مورد توجه قرار گرفتهاند. آلياژ منيزيم WE43 به واسطه استحكام مناسب، وزن كم، رفتار زيستي مطلوب و نرخ تخريب قابل كنترل، ميتواند جايگزيني مناسب براي كاشتنيهاي فلزي دائمي نظير فولاد زنگنزن و آلياژهاي تيتانيوم باشد و نياز به جراحي ثانويه جهت برداشت كاشتني را كاهش دهد.
در اين پژوهش، يك صفحه تثبيت استخواني زيستتخريبپذير از جنس آلياژ منيزيمWE43 براي درمان شكستگيهاي ديافيزيال استخوان بازو طراحي، مدلسازي و تحليل شده است طراحي هندسي پليت متناسب با آناتومي استخوان بازو و شامل شش سوراخ جهت نصب شش پيچ تثبيتكننده بوده است. مدلسازي هندسي با استفاده از نرمافزار ساليدوك انجام شد. سپس تحليلهاي مكانيكي با بهرهگيري از نرمافزار آباكوس و تحت شرايط بارگذاري فيزيولوژيك صورت گرفت. در اين راستا سه نوع بارگذاري شامل نيروي محوري به مقدار 500 نيوتن، گشتاور پيچشي 15نيوتنمتر و بار خمشي25نيوتن به مدل اعمال گرديد. به منظور شبيهسازي رفتار زيستتخريبپذير آلياژ WE43در محيط بدن، نرخ تخريب يكنواخت معادل 5/0ميليمتر در سال در نظر گرفته شد و تغييرات هندسي پليت طي يك دوره شش ماهه در بازههاي زماني شامل ماه 0، ماه 5/1، ماه 3، ماه 5/4 و ماه 6 مورد بررسي قرار گرفت. در اين بازه زماني، كاهش تدريجي در طول، عرض و ضخامت پليت لحاظ گرديد و تحليلهاي تنش براي هر مرحله انجام شد نتايج تحليلها نشان داد كه بيشينه تنشهاي ايجادشده در تمام مراحل زماني پايينتر از حدود تنش تسليم استخوان بازو (100تا 140مگا پاسكال) و همچنين پايينتر از تنش تسليم آلياژ منيزيمWE43 (210 مگا پاسكال) است. بر اساس نتايج به دست آمده، صفحه تثبيت طراحيشده از آلياژ WE43ضمن حفظ پايداري مكانيكي در طول فرآيند ترميم استخوان، رفتار تخريبي كنترلشدهاي از خود نشان ميدهد و از نظر استحكام و ايمني، الزامات باليني مورد نياز براي درمان شكستگي شافت استخوان بازو را برآورده ميسازد. اين پژوهش ميتواند گامي مؤثر در راستاي توسعه كاشتنيهاي زيستتخريبپذير، كاهش وابستگي به كاشتنيهاي فلزي دائمي و ارتقاي فناوريهاي نوين در علم ارتوپدي محسوب شود.
كليدواژه لاتين
Mechanical analysis , Biodegradable , Magnesium Alloy WE43 , Bone Plate, , Humeral Shaft Fracture
عنوان لاتين
Modeling and Mechanical Analysis of a Biodegradable Magnesium Alloy WE43 Bone Fixation Plate for Humeral Shaft Fracture
گروه آموزشي
مهندسي پزشكي
چكيده لاتين
Fracture of the humerus shaft is one of the most common injuries of the upper limb, usually caused by accidents, severe trauma, or sports activities. One of the common and effective methods in treating these types of fractures is the use of bone fixation plates. In recent years, magnesium-based alloys have been considered as a promising option for the manufacture of temporary orthopedic implants due to their good mechanical properties, high biocompatibility, and biodegradability. Magnesium alloy WE43, due to its good strength, low weight, favorable biological behavior, and controllable degradation rate, can be a suitable alternative to permanent metal implants such as stainless steel and titanium alloys, and reduce the need for secondary surgery for implant removal. In this study, a biodegradable bone fixation plate made of WE43 magnesium alloy was designed, modeled, and analyzed for the treatment of diaphyseal fractures of the humerus. The geometric design of the plate was appropriate for the anatomy of the humerus and included six holes for installing six fixation screws. Geometric modeling was performed using SolidWorks software. Then, mechanical analyses were performed using Abaqus software under physiological loading conditions. In this regard, three types of loading were applied to the model, including an axial force of 500 Newtons, a torsional torque of 15 Newton meters, and a bending load of 25 Newtons. In order to simulate the biodegradable behavior of WE43 alloy in the body environment, a uniform degradation rate of 0.5 mm/year was considered and the geometric changes of the plate were investigated over a six-month period at time intervals including month 0, month 1.5, month 3, month 4.5 and month 6. During this time interval, a gradual decrease in the length, width and thickness of the plate was considered and stress analyses were performed for each stage. The results of the analyses showed that the maximum stresses generated at all time stages were lower than the yield stress limits of the humerus (100 to 140 MPa) and also lower than the yield stress of the WE43 magnesium alloy (210 MPa). Based on the results obtained, the WE43 alloy fixation plate, while maintaining mechanical stability during the bone healing process, exhibits controlled destructive behavior and meets the clinical requirements for the treatment of humeral shaft fractures in terms of strength and safety. This research can be considered an effective step towards the development of biodegradable implants, reducing dependence on permanent metal implants, and promoting new technologies
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
152044
نويسنده