Биомеханическая оценка напряженно-деформированного состояния системы «кость-имплантат» с применением накладного тензометрического узла

Бионышев-Абрамов Л.Л.

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова Минздрава России, Москва; Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь

Лукина Ю.С.

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова Минздрава России, Москва

Сотин А.В., Акулич Ю.В.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь

Ключевые слова: биомеханика остеосинтеза, накостная пластина, напряженно-деформированное состояние, костная мозоль, тензометрический датчик, конечно-элементный анализ, механические испытания, мониторинг нагрузки.

Аннотация. Целью исследования является биомеханическое обоснование и экспериментальная оценка тензометрической системы для регистрации упругих деформаций конструкции накостного остеосинтеза при моделировании различной жесткости костного регенерата. На основе данных компьютерной томографии в программном комплексе Materialize Mimics 22 построена трехмерная модель большеберцовой кости с зоной остеотомии и изготовлен физический образец методом аддитивного производства. Изменение податливости межотломковой зоны на разных стадиях формирования костной мозоли имитировали сменными силиконовыми вставками с гидроксиапатитом твердостью 27,2 и 38,8 по шкале Шора А. Спроектирован и изготовлен из титанового сплава на установке EOSINT M280 накладной корпус сенсорного узла, устанавливаемый в свободные отверстия стандартной пластины без изменения ее геометрии. Передача деформаций от нагруженной пластины к области размещения тензодатчика предварительно верифицирована методом конечно-элементного анализа. Стендовые биомеханические испытания на циклическое сжатие проведены на испытательной машине Walter+Bai LFM50 с синхронной регистрацией сигнала в разработанном программном обеспечении. Получены кривые механического отклика биомеханической сборки и подтверждена чувствительность съемного сенсорного узла к перераспределению нагрузки между костью и фиксатором при изменении механических свойств зоны остеотомии.