Решить эту задачу взялся научный коллектив Донского государственного технического университета под руководством завкафедрой «Теоретическая и прикладная механика» факультета «Агропромышленный» Ивана Панфилова, кандидата физико-математических наук.
У собак разрушение тазобедренного сустава происходит либо из-за болезни, либо в результате травмы. При операции заменяется сама бедренная часть и суставная чашка тазовой кости. У людей схожие проблемы. Но если человеку с таким протезом можно объяснить необходимость физических ограничений и нагрузок, прыжков с высоты, то для собак это является проблемой. Нам были предоставлены рентгеновские снимки повреждений и сами протезы. С помощью компьютерной томографии мы провели восстановление 3D-геометрии, с помощью численного моделирования определили места максимальных концентраций напряжения в протезе и предельные нагрузки и в итоге – исследовали причину переломов.
Команда ученых ДГТУ, в которую вошли также профессор кафедры «Теоретическая и прикладная механика», доктор физико-математических наук Сергей Айзикович и доцент этой же кафедры, кандидат физико-математических наук Евгений Садырин, определила места с концентраторами напряжений, предельные нагрузки, провела математическое моделирование напряженно-деформированного состояния протеза.
Причина переломов – накопление усталостных напряжений, трещин в материале при циклической нагрузке, которая характерна для ходьбы и бега. Мы определили для протеза предельные нагрузки и дали рекомендации по выбору стали для изготовления протеза. Например, экономически неэффективно использовать более дорогую и твердую сталь из сплава молибдена, а более продуктивно – сплав титана.
Главврач сети ветеринарных центров «МЕДВЕТ» Илья Вилковыский высоко оценил итоги работы донских ученых.
По словам Ивана Панфилова, проект будет продолжен на качественно новом уровне, поскольку те же самые технологии изготовления протезов применимы и для людей. Например, шероховатость протеза из специального, биологически нейтрального сплава титана нужна для эффективного врастания протеза в бедренную кость. Он обволакивается костной тканью, но не отторгается ею. В старой технологии сцепление кости и протеза осуществлялось с помощью специальных клеев-цементов. В настоящее время данная технология используется в основном для пожилых людей. Это связано с тем, что с возрастом регенерация тканей снижается, что отражается на эффективности вживления кости. Минус здесь заключается в сложности проведения повторной операции из-за застывания цементирующего состава.
В дальнейших планах ученых ДГТУ – улучшение характеристик эндопротезов для людей, в том числе оптимизация конструкции для снижения максимальных концентраторов напряжений, нанесение нанопокрытий на определенные места протеза для укрепления поверхностного слоя и увеличения усталостных характеристик материала.
Игорь Голота,управление информационной политики
isdstu@mail.ru
