Обґрунтування форми різьбового елемента вертлюгового компонента ендопротеза кульшового суглоба

Abstract

Актуальність. Ацетабулярну реконструкцію із застосуванням вертлюгових компонентів, що загвинчуються, слід вважати найбільш перспективною з позиції досягнення тривалої стабільності імплантату, в тому числі у випадках складних, нестандартних та ревізійних втручань. Однак причини розвитку нестабільності конструкції залишаються недостатньо висвітленими, що свідчить про актуальність пошуку рішень у площині біомеханічних досліджень мікровзаємодії в зоні контакту «ендопротез/кістка». Мета: визначення раціональних параметрів геометрії різьбового елементу чашки ендопротезу кульшового суглоба, що загвинчується. Матеріали та методи. Створено кінцевоелементні розрахункові моделі, що розрізняються за формою та розмірами різьбового елемента чашки ендопротеза, а також за величиною кута нахилу конуса чашки відносно вертикальної вісі. Критерієм ефективності різьбового элемента були обрані значення максимальних напружень у кістковому масиві. Дослідження виконувалось у середовищі програмного комплекса ANSYS. Результати та обговорення. Найбільш ефективною з точки зору розподілення локальних напружень у зоні контакту «ендопротез/кістка» є модель різьбового елемента, поперечний переріз якого представлено прямокутним трикутником, що спирається своїм катетом на кістковий масив. Цей результат є справедливим як при спиранні корпуса чашки на кістку, так і при його відсутності. Зміна кута нахилу утворюючої чашки до 15° призвела до різноспрямованої зміни напружено-деформованого стану в кістковому масиві — збільшення напружень у моделях 2 і 3 та зниження у моделі 1 (спирання гіпотенузою на кістковий масив). При оцінці впливу величини кута нахилу утворюючої (0–15°) на напружено-деформований стан для моделі 1 найменші пікові навантаження було виявлено при 5–15° кутах нахилу. Наведена якісна картина напруженого стану тазової кістки є неоднорідною та потребує подальших досліджень. Висновки. Обґрунтування раціональної геометрії конструкції вертлюгового компоненту, що загвинчується, слід реалізовувати в площині дослідження контактних взаємодій вузла «ендопротез/кістка», що об’єктивізує біомеханічну картину в зоні контакту. Визначено, що найбільш ефективною є модель різьбового елементу, поперечний переріз якого представлено прямокутним трикутником, що спирається катетом на кістковий масив, що доцільно враховувати при виборі конструкції імплантату.