Исследование напряженно-деформированного состояния биотехнической системы "вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного сустава –

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

 “МАТИ” – РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. Циолковского

Кафедра «Материаловедение и технология обработки материалов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теме: «Исследование напряженно-деформированного состояния биотехнической системы “вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного  сустава – тазовая кость"»

Выполнил: Хромов Н.В.
Группа: 4МТМ - 6ДМ - 023.
Преподаватель: Мамонов A.M.

Москва 2008

Содержание

         Аннотация ………………………………………………………………………………. 3

Глава 1. Механика тазобедренного сустава (ТБС) …………………………………4

Глава 2. Компьютерное моделирование биомеханики вертлужного компонента эндопротеза ТБС ……………………………………………………………………….. 6

Глава 3. Исследование напряженно-деформированного состояния биотехнической системы “вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного  сустава – тазовая кость”…………………………….. ……………………………………………………… 9

3.1. Результаты расчета .…………………… ……………………………………….. ..11

Заключение …………………………………………………………………………… ....18

Список  литературы …………………………………….…………………………… …19

                                                                 Аннотация

Целью данной научно-исследовательской работы является исследование влияния функциональных нагрузок на напряженно-деформированное состояние системы “вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного  сустава – тазовая кость”. Также поставлен вопрос о возможности применения сплава ВТ1-0 для конструкции эндопротеза. Проведен расчет объемной модели этой системы с различными граничными условиями, физико-механическими свойствами компонентов эндопротеза. Для компьютерных расчётов использован метод конечных элементов и универсальная программа ANSYS. Анализ напряженно-деформированного состояния кости и эндопротеза позволяет сделать вывод о допустимости совместной деформации всей системы.

Глава 1. Механика тазобедренного сустава (ТБС).

По своему анатомическому строению тазобедренный сустав относится к шаровидному типу сочленения тазовой и бедренной костей, образованному полушаровидной вертлужной впадиной тазовой кости и входящей в нее головкой бедренной кости (Рис. 1).

Вертлужная впадина образована тремя тазовыми костями: седалищной, лонной и подвздошной (Рис. 2). По своей форме она имеет вид полусферы. Боковые стенки впадины называются передней и задней колоннами. По всему краю вертлужной впадины  проходит волокнисто-хрящевой ободок. Он является дальнейшим продолжением стенок колонн и делает впадину еще более глубокой, так что ее глубина превосходит половину шара. Ободок покрывает и удерживает головку бедра в виде петли. Вертлужная впадина покрыта гиалиновым суставным хрящом только на протяжении подковообразной полулунной поверхности, являющейся суставной поверхностью.[pic 1]

        Ямка (или дно) вертлужной впадины, расположенная внутри подковообразной суставной поверхности, занята рыхлой жировой тканью и основанием круглой связки, которая соединяется с головкой бедра. Внутри связки проходят артерия и вены, питающие бедренную головку. Кроме того, связка выполняет также роль амортизатора, который поглощает микротолчки головки и смягчает ее движения во впадине. Суставная поверхность вертлужной впадины, сочленяющаяся с бедренной головкой, составляет величину равную двум третям шара.

Головка бедренной кости имеет сферическую поверхность, 2/3 которой погружены в вертлужную впадину. Поверхность головки, за исключением впадины, являющейся местом прикрепления круглой связки, покрыта гиалиновым хрящом. Хрящевая поверхность головки составляет около 240° сферы.[pic 2]

Мягкие ткани тазобедренного сустава представлены суставной сумкой, синовиальной оболочкой, связками и мощным мышечным аппаратом. Кроме этого, к суставу подходят сосуды и нервные волокна, которые в целом образуют сустав. Суставная сумка и связки обеспечивают стабильность тазобедренного сустава. С внутренней стороны суставная сумка покрыта синовиальной оболочкой. Синовиальная оболочка продуцирует синовиальную жидкость, которая