III Всероссийская конференция
"Деформирование и разрушение структурно-
неоднородных сред и конструкций",
посвященная 100-летию со дня рождения
академика Ю.Н. Работнова

Нехожин А.В.  

Исследование прочности шейки бедра, армированной титановыми имплантатами

Предлагается метод математического моделирования хирургического профилактического армирования шейки бедренной кости человека с точки зрения теории прочности. Костная ткань представляет собой сложный многофазный биокомпозиционный материал. Оригинальные армирующие имплантаты устанавливаются в интактную (неармированную) кость проксимального отдела бедра с целью предупреждения её переломов при низкоэнергетической травме. Разработана двухслойная математическая модель шейки бедра, армирования титановыми имплантатами различной конструкции (спица, перекрещивающиеся спицы, винт-штопор, винт-штопор-спица). Поставлены и решены новые краевые задачи оценки напряжённо-деформированного состояния интактной и армированной биокомпозиционной системы.
Разработано новое программное обеспечение для геометрического моделирования костной ткани с внедрёнными имплантатами. Расчётами показано, что в армированной конструкции напряжённое состояние в наиболее нагруженной области значительно меньше, чем в неармированной.
Кроме этого, повышение прочности проксимального отдела бедра, армированного имплантатами из наноструктурированного титана, доказано специальными стендовыми испытаниями на макетах шейки бедра. Результаты эксперимента показали, что при сопротивляемости осевой нагрузке прочность системы «кость-имплантат» повышается на 22%–70% по сравнению с интактной тканью, а при сжатии по оси шейки бедра увеличивается от 27% до 93% в зависимости от типа имплантата и его геометрического расположения.
Таким образом, все изученные способы фиксации имплантатов увеличива-ют прочность системы «кость - имплант» при сжатии как по оси, так и вдоль шей-ки бедренной кости.