Obruba P.Traumacentrum Ústí n.L.

Stejskal L.IBM, Seattle

Biomedicínský výzkum s podporou evropských zdrojů v nemocnicích23. – 24. 5. 2013, Ústí nad Labem

Počítačový model deformace osteosyntetického materiálu u

Hackethalovy osteosyntézy humeru

ÚvodHackethalova osteosyntéza

spolehlivá metoda k ošetření jednoduchých zlomenin diafýzy humeru k selhání osteosyntézy vede

nesprávná indikacenesprávné provedení

při nestabilitě osteosyntézy (přecenění metody) dochází ke vzniku pakloubu, někdy i ke zlomeninám implantátů

Soubor pacientů 2001-2010

odoperováno 156

selhání osteosyntézy u 6/156 (3,8%)

zlomenina implantátu u 2/6/156 (1,3%)

Cíl práce

určit nejvhodnější průměr používaných implantátů k dosažení maximální odolnosti osteosyntézy - předejít zlomení implantátu

Materiál a metodaTechnický model osteosyntézyzlomeniny humeru

soustava dvou pevných trubek maximálně vyplněná implantáty stejného průměrušířka "zlomeniny" 5 mmdélka soustavy 300 mmvnitřní průměr trubek 10 mmimplantáty na koncích pevně fixovanémateriál - chirurgická ocel definovaná mezinárodní normou (ASTM F 138, ISO 5832-1, DIN 1-4441)pracovní teplota 38 st.C

Materiál a metoda Matematický model

vytvořen na základě teorie únavy kovového materiálu

modelová soustava byla podrobena ohybovému kmitání se sinusovým průběhem s amplitudou 5 mm

modelovány implantáty 1,6 – 4,5 mm

sledoval se počet kmitů do lomuprvního implantátu ze svazku

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu

Počet implantátů v soustavě

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

Kritický počet kmitůLom implantátu

Lokalizace

lomu

Oblast trvalé pevnosti

Kumulace plastické deformace

Oblast časované pevnosti

Šíření trhlin

Mez pevnosti – vznik únavové trhliny

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 1,6 mmPočet implantátů v soustavě 31

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

35409

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 1,8 mmPočet implantátů v soustavě 19

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

31314

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 2,0 mmPočet implantátů v soustavě 19

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

30094

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 2,2 mmPočet implantátů v soustavě 15

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

29231

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 2,4 mmPočet implantátů v soustavě 12

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

27113

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 3,0 mmPočet implantátů v soustavě 8

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů (x 1000)

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

25033

Výsledky

Závislost napětí v implantátu na namáhání

Průměr implantátu 4,5 mmPočet implantátů v soustavě 3

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Počet kmitů x 1000

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í

22326

Výsledky

Závislost napětí v modelu na namáhání

0

100

200

300

400

500

0 10 20 30

Počet kmitů x 1000

Rela

tivn

í m

ater

iálo

vé n

apět

í 4,5 mm

3,0 mm

2,4 mm

2,2 mm

2,0 mm

1,8 mm

1,6 mm

Výsledky

Závislost kritického napětí na průměru implantátu

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6

Průměr implantátu

Kri

tick

ý po

čet

kmit

ů

Výsledky

Vztah sumárního průřezu soustavy a průměru implantátu

0102030405060708090

100

1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6

Průměr implantátu

Rela

tivn

í su

már

ní p

růře

z so

usta

vy

Závěr

Se vzrůstajícím průměrem implantátu klesá pružnost soustavyVzhledem k optimálnímu vyplnění dutiny modelu u implantátů ø 2,0 a 2,2 mm je pružnost jejich soustav vyšší než očekávaná

Nejvhodnějším implantátem u modelové soustavy je implantát ø 1,6 – 2,2 mmNejvhodnějším implantátem v praktickém použití je implantát ø 2,0 a 2,2 mm (optimální výplň dutiny kosti, technická mez zavádění implantátu)

oc = 1,3 . c = 1,73 . c

Ing. August Wöhler 1852 - 1870