Александров Николай Михайлович, д. м. н.,
г. Нижний Новгород
Nikolai M. Aleksandrov, M.D., Ph.D.,
Nizhny Novgorod
Вешуткин Владимир Дмитриевич, к. т. н.,
г. Нижний Новгород
Vladimir D. Veshutkin, Ph.D. of Engineering Sciences,
Nizhny Novgorod
Жуков Александр Евгеньевич, к. т. н.,
г. Нижний Новгород
Aleksandr E. Zhukov, Ph.D. of Engineering Sciences,
Nizhny Novgorod
Вешаев Иван Денисович,
г. Нижний Новгород
Ivan D. Veshaev, M.D.,
Nizhny Novgorod
Купцов Дмитрий Алексеевич,
г. Нижний Новгород
Dmitriy A. Kuptsov, M.D.,
Nizhny Novgorod
Углёв Олег Иванович,
г. Нижний Новгород
Oleg I. Uglev, M.D.,
Nizhny Novgorod
Цель. Определить с использованием расчетных методов влияние биометрических параметров лучевой кости и сформированного краевого дефекта на ее прочностные свойства.
Материалы и методы. Факторы, влияющие на прочность кости, исследованы с применением экспериментальных и расчетных методов. На 10 парах трупных лучевых костей человека были изучены биометрические параметры в условиях целой кости и после формирования краевых вырезов прямоугольной и треугольной формы. Математические расчеты с целью определения напряженно-деформированного состояния (НДС) выполнялись на основе технической теории изгиба балок для изотропного материала. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в программном комплексе NX Siemens. Расчетным путем на основе принятых математических моделей выявлены реальные области безопасных нагрузок при наличии выреза, величины разрушающих нагрузок в зависимости от глубины и формы выреза с учетом размеров начальной погиби (кривизны кости), а также критерии необходимой остаточной прочности при вариации влияющих параметров.
Результаты. Установлено, что увеличение кривизны кости приводит к уменьшению продольных разрушающих нагрузок и увеличению значений нормального напряжения. Кривизна кости 0,05 в сочетании с вырезом 0,5 приводят к снижению предельной нагрузки в 20 раз (для прямоугольного выреза до 4,8 % , а треугольного – 5,4 %). Наличие выреза глубиной 0,5 в кости, имеющей кривизну 0,05, повышает нормальное напряжение в 6,9 раза для треугольного выреза и в 7,8 раза для прямоугольного по сравнению с костью без погиби. Установлены критические значения кривизны и глубины выреза, при которых можно обходиться без дополнительного укрепления кости.
Заключение. Прочность лучевой кости с краевым дефектом зависит не только от глубины выреза, но и его расположения, формы, а также кривизны лучевой кости в двух плоскостях.
Purpose. To determine the effect of biometrical parameters of the radial bone and due to edge defect formed on the radius strength properties using calculation methods.
Materials and Methods. The study of bone strength affecting factors was conducted with the aid of experimental and calculation methods. Biometrical parameters were studied in 10 pairs of the human cadaveric radius as an intact bone initially and after the formation of rectangular or triangle-shaped edge cuts. To determine the stress-strain behaviour, mathematical calculations were performed based on the beam flexural theory for isotropic materials. Computation study were conducted using the finite element method with the NX Siemens software package. Based on assumed mathematical models, the actual areas of safe loads in the presence of cuts and values of destructive loads depending on the depth and shape of a cut taking into account the initial curvature of the bone as well as the criteria of a required residual strength in variation of influencing parameters were identified by means of calculations.
Results. It was established that an increase in bone curvature results in the reduction of longitudinal destructive loads and in increasing values of the normal strength. The 0.05 bone curvature combined with the 0.5 cut causes a decrease in the ultimate load by 20 times (up to 4.8 % for a rectangular cut and to 5.4 % for a triangular cut). A 0.5-deep cut in the bone which curvature is 0.05 enhances the normal stress by 6.9 times for a triangular cut and by 7.8 times for a rectangular one as compared to a bone without curvature. The critical values for the curvature and depth of the cut were established which permit to avoid additional bone reinforcement.
Conclusion. The strength of the radius with a maginal defect depends not only on the depth of a cut but on its location, shape and on the radius curvature
The authors declare that there are no conflicts of interest present.