Расчеты основных параметров

Для данного изделия необходимо рассчитать толщину стержня.

1. Возьмем наименьшее значение критической нагрузки, действующей на стержень при массе тела так как во время ходьбы за счет динамического компонента нагрузка на головку бедренной кости равна 4,5 веса тела.

2. Далее нам необходимо найти момент инерции. Так как мы не знаем значения толщины и ширины ножки, то выразим момент инерции из формулы критической нагрузки.

где - длина стержня равна 190 мм, а Е — модуль упругости Юнга для титана значение которого возьмем из физических свойств титана при Е=11200 Па [2].

Для определения толщины стержня b примем формулу поперечного сечения ножки протеза — эллипс.

Для расчета толщины стержня имеем следующую формулу из таблицы «Характеристики сечения» (1).

(1)

где а — это ширина стержня, которую возьмем равной 10 мм.

Выражаем b из формулы (1), получаем:

Таким образом, проделав вышеуказанные расчеты, мы определили толщину стержня.

Функциональная схема

Главная цель использования тазобедренного протеза – замена тазобедренного сустава, который отвечает за движение ноги и создание опоры для всего тела. Этот протез фиксируется в костях таза и бедренной кости. Фиксация в костях таза может происходить двумя способами: с использованием специальной смеси – цемента, и путем вкручивания шайбы в кость. Если протез фиксируется цементом, то он должен быть сделан из биосовместимого материала или покрыт гидроксиапатитом. Если протез фиксируется шайбой, стержень должен быть соответствующей конструкции. Наиболее часто используется фиксация цементом, потому что этот метод проще и нагрузка на конечность разрешается сразу после проведения операции, что не мало важно для современного темпа жизни.

Фиксация протеза в бедренной кости происходит при помощи стержня. При этом в кости делают специальное отверстие и помещают туда стержень, который предварительно покрывают цементом. Для исключения отторжения организмом ножки ее покрывают биопокрытием.

Опору для ноги и всего организма обеспечивает ножка и шаровая опора. Благодаря высокой прочности титана ножка выдерживает вес всего организма, а шаровая опора служит переходом от одной опорной кости к другой. Движения ноги как поступательное, так и вращательное, невозможно без стержня и опоры. Для поступательного движения большую роль играет ножка, а для вращательного – шаровая опора, которая для этих целей делается сферическая.

Учитывая все вышеперечисленное, можно придти к выводу, что закрепление протеза в кости предпочтительней при помощи цемента, а биопокрытие играет не последнюю роль в изготовлении протезов.

Технологическая часть