Computer-Aided Design of Prophylactic Metal Reinforcement of the Proximal Femur

Abstract

Hip fractures are among the most dangerous fractures, because they are quite common in older people and are difficult to treat. Based on the general opinion, the most effective tactic is surgical treatment, but its results against the background of osteoporosis are not satisfactory. Reducing the likelihood of hip fractures is a complex problem that can only be solved by combining the idea of medical science and mechanical research of a deformable solid. In this paper, the calculation of stresses arising from exposure to the reinforced femur neck of various loads is considered. At the current stage of the study, calculations of the stress–strain state corresponding to the loads at the moment of impact when a person falls on the thigh are carried out. Comparison of the values of withstanding stresses indicates the utility of using the considered implants, which in consequence will reduce the likelihood of a hip fracture. Using reinforcing metal structures in the bone has led to increasing of the highest extremes by about 140%, which confirms the utility of their use. Thus, prereinforcement of the femoral neck in elderly people at risk reduces the likelihood of fracture due to the reduction of critical stresses in hazardous areas. Перелом стегна є одним з найнебезпечніших переломів, оскільки він є достатньо поширеним у літніх людей та важко піддається лікуванню. З огляду на загальноприйняту практику, найбільш ефективним способом лікування є хірургічне втручання, але його результати на тлі остеопорозу не є задовільними. Зменшення імовірності переломів стегна є складним завданням, яке може бути вирішене лише шляхом об’єднання медицини і досліджень механіки деформованого твердого тіла. У цій роботі розглянуто розрахунок напружень, що виникають від впливу армованої шийки стегнової кістки під дією різних навантажень. На сучасному етапі дослідження проводяться розрахунки напружено-деформованого стану, що відповідають навантаженням від удару при падінні людини на стегно. Порівняння значень напружень свідчить про надійність використання розглянутих імплантатів, що у результаті зменшує імовірність перелому стегна. Використання армуючих металевих конструкцій у кістковій тканині призвело до збільшення найбільших допустимих значень приблизно на 140 %, що підтверджує практичну цінність їх застосування. Таким чином, попереднє зміцнення шийки стегнової кістки у людей похилого віку знижує імовірність руйнування унаслідок зменшення граничних напружень у небезпечних зонах.