بهینه سازی پارامترهای موثر بر کاهش دما و شار حرارتی محل سوراخ کاری استخوان کورتیکال وترابکولار فمور بر اساس تئوری انتقال حرارت معکوس

در جراحی های ارتوپدی فرآیند سوراخ­کاری به منظور ثابت سازی داخلی محل شکستگی به کار می رود. درنتیجه سوراخ­کاری استخوان اگر دما از حد مجاز ۴۷ درجه سانتی گراد فراتر رود، منجر به تغییر ماهیت آلکالین فسفاتاز استخوان، وقوع پدیده ی نکروز حرارتی، عدم ثابت سازی و جوش­خوردگی نادرست استخوان می شود. به منظور بررسی پارامتر­های موثر بر این فرآیند در پژوهش حاضر پس از مدل سازی هندسی استخوان فمور در نرم افزار Mimics، به تخصیص جنس استخوان بر اساس مدل جانسون-کوک و شبیه سازی عددی فرآیند سوراخ کاری و براده برداری مایل استخوان کورتیکال و ترابکولار پرداخته شده است. فرآیند سوراخ کاری در دو حالت معمولی و سرعت بالا بر اساس تئوری انتقال حرارت معکوس به کمک نرم افزار DEFORM-۳D انجام شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی پس از صحت سنجی با نتایج تجربی نشان داد که ضمن توانمندی این تئوری در تخمین دما و شار حرارتی تولیدی، وقوع پدیده نکروز در هر دو فرآیند حتمی است. دمای محل سوراخ کاری استخوان ترابکولار نسبت به استخوان کورتیکال در تمامی بازه های سرعت و نرخ های پیشروی بیشتر است و همچنین نیروی محوری کمتری را متحمل می شود. نقطه بهینه که منجر به حصول حداقل دما در سوراخ کاری معمولی استخوان ترابکولار و کورتیکال می شود مربوط به نرخ پیشروی mm/min۱۵۰ و سرعت دورانی rpm۲۰۰۰ است. این نقطه بهینه در سوراخ کاری سرعت بالای استخوان ترابکولار و کورتیکال در نرخ پیشروی mm/min۱۵۰ و به ترتیب سرعت دورانی rpm۴۰۰۰ و rpm۷۰۰۰ به دست می آید.

کلیدواژه ها:

Bone Drilling ، Thermal Necrosis ، Inverse Heat Transfer ، Johnson-Cook Model ، Oblique Cutting ، سوراخ کاری استخوان ، نکروز حرارتی ، انتقال حرارت معکوس ، مدل جانسون- کوک ، برش مایل