تخمین عددی توزیع تنش در ایمپلنت های فمورال THR و HR به کمک تحلیل اجزای محدود در نرم افزار ABAQUS

جراحی تعویض کامل (THR) یا جزئی (HR) مفصل ران از روش های رایج درمان آرتروز و شکستگی گردن مفصل ران است، اما چالش هایی نظیر استرس شیلدینگ، لق شدگی و شکست ایمپلنت بر عملکرد مناسب ایمپلنت تاثیر گذاشته و نیازمند تحلیل دقیق بیومکانیکی برای بهبود نتایج در این مسئله است. این پژوهش با استفاده از تحلیل اجزای محدود (FEA) در نرم افزار Abaqus، رفتار مکانیکی ایمپلنت های THR و HR را تحت بارگذاری های فیزیولوژیکی شبیه سازی کرد. مدل های سه بعدی ایمپلنت ها و استخوان فمور با آلیاژهای تیتانیوم گرید ۵، کروم کبالت و فولاد زنگ نزن SS۳۱۶L طراحی و مش بندی شدند. توزیع تنش فون میزس در نواحی سر و ساقه ایمپلنت ها بررسی شد و تحلیل آماری با پایتون (تست های Shapiro-Wilk، Kruskal-Wallis و Dunn’s) انجام گرفت، رویکردی که در مطالعات مشابه کمتر دیده شده است. نتایج نشان داد که ناحیه ساقه تحت تنش های بیشتری به ویژه در کروم کبالت (۰۱۷/۶۰ مگاپاسکال برای THR و ۳۸۴/۷ مگاپاسکال برای HR) قرار خواهد گرفت. تیتانیوم گرید ۵ به دلیل مدول الاستیسیته پایین تر، تنش کمتری ایجاد کرده و گزینه مناسب تری برای کاهش خطر شکست خستگی است. تحلیل های آماری تفاوت معنادار در رفتار مواد را تایید کرد و همبستگی بالای تنش در ساقه (۶۷/۰) بر اهمیت طراحی مناسب این ناحیه تاکید داشت. هدف این پژوهش نشان دادن اثر انتخاب جنس و طراحی دقیق ساقه بر تنش حداکثری ایمپلنت در جراحی های جایگزینی استخوان فمور است که نتایج با تعملکرد و دوام ایمپلنت ها را میتواند بهبود ببخشد و در فرآیندهای تولید ایمپلنت های پزشکی کمک کند.

کلیدواژه ها:

ایمپلنت فمور ، تحلیل اجزای محدود ، تست های آماری ، تنش فون میسز ، شبیه سازی تولید ، تیتانیوم گرید۵