Abstract
Objective. To work out as close as possible to normal human anatomy three-dimensional finite element model of the shoulder joint with elastic ligaments as well as with muscles and the spatial location of their attachment points, to analyze the stress-strain state of the element proximal humerus and scapula. Methods. A geometric model of the humerus and scapulae are constructed. The three-dimensional modeling of the shoulder join based on the geometric models was used with software SolidWorks with mathematical modeling method finite elements and the stress-strain state analysis in the applicationpackage Ansys software. To approach the real conditions of the model we have added the elastic elements that mimic muscles. Model loaded with forces that reproduce the effort in the muscles, applied to the respective contact planes on the humerus head of the human bone. The stress-strain state of proximal elements is calculated in the humerus and scapula for the angles of the abduction — 0 °, 30°, 60° and 90° in neutral rotation of the humerus.Results. The tensile stresses in the scapula are distributed in such a way that at an angle of 0 ° the limb is not raised +5.67 MPa in the area below the joint depressions. The minimum values of the compressive stress have been reached 18.5 MPa. Maximum stresses are in 1.5–2 times higher area of the articular cartilage of the humerus head compared to the cartilage of the glenoid cavity of the scapula. It is established that the dependence of the valuesof the area of the contact zone in the range of change limb abduction angle (0° ... 90°) can be approximated section of a cubic parabola, with changes in area insignificant and are equal to +2.26% — 7.3 % of the value in neutral position at an angle of 0°. Minor differences with the results of similar studies indicate that the validity of the developed mathematical model. Conclusions. The proposed model would allow performing more correct mathematical modeling and comparative analysis of the stress-strain state for various methods of surgical treatment of pathology shoulder joint, in particular arthroplasty.
Highlights
У разі побудови нової тривимірної моделі плечового суглоба враховано найважливіші для цього навантаження м’язи: середня (СДМ), передня (ПДМ) та задня (ЗДМ) частини дельтоподібного, надостьовий (НМ), підостьовий разом із малим круглим (ПМ), підлопатковий (ПЛ)
Розроблена авторами повніша тривимірна модель з урахуванням м’язів та їхньої взаємодії з кістками плечового пояса дуже важлива та необхідна для кращого розуміння біомеханіки плечового суглоба та виконання в подальшому порівняльного аналізу напружень, які виникають у кістці та контактних поверхнях за умов використання різних імплантатів, що дозволить обґрунтувати їхні переваги
За допомогою розробленої імітаційної комп’ютерної 3D-моделі плечового суглоба в подальшому можна буде виконувати порівняльний аналіз напружень, які виникають у кістці та контактних поверхнях за умов використання різних імплантатів
Summary
To work out as close as possible to normal human anato my three-dimensional finite element model of the shoulder joint with elastic ligaments as well as with muscles and the spatial location of their attachment points, to analyze the stress-strain state of the ele ment proximal humerus and scapula. Humerus, articular cartilage, contact area of the scapula,three-dimensional model, finite element method, stress-strain state. Розробити максимально наближену до нормальної анатомії людини тривимірну скінченно-елементну модель плечового суглоба з урахуванням пружних зв’язків (м’язів) і просторового розташування точок їхнього кріплення, про аналізувати напружено-деформований стан (НДС) елемен тів проксимального відділу плечової кістки та лопатки. Що суглобова поверхня гленоїдальної западини менша, ніж плечової кістки, але забезпечує обсяг рухів більший, ніж в інших суглобах людини, при цьому стабільність плечового суглоба досягається м’якими тканинами, що обумовлює необхідність моделювання м’язів і інших структур під час розрахунку НДС для отримання показників, наближених до експериментальних [2, 4]. Мета дослідження: розробити максимально наближену до нормальної анатомії людини тривимірну скінченно-елементну модель плечового суглоба з урахуванням пружних зв’язків (м’язів) і просторового розташування точок їхнього кріп лення, провести аналіз напружено-деформованого стану елементів проксимального відділу плечової кістки та лопатки
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
