ВУЗ: Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Материаловедение
Добавлен: 18.02.2019
Просмотров: 7666
Скачиваний: 113
156
Величина
l
д
ограничена первой критической степенью деформации материала
при температуре М
Д
и как правило должна превосходить
max
уст
l
Δ
в 1,5 раза.
При отогреве деформированного и установленного на
l
уст
фиксатора до
температуры тела, он развивает компрессию в интервале F
min
– F
max
.
В процессе работы фиксатора в организме под действием
функциональных нагрузок, он испытывает циклические изменения своего
размера на величину
l
цик
(рисунок 6.24). Эта величина зависит от
биомеханического поведения стабилизированных фиксатором структур и
определяется на стадии разработки конструкции. При изменении размеров
фиксатора на
l
цик
изменяется и развиваемая им компрессия от P
min
до P
max
.
Величина
цик
min
max
l
2Δ
P
P
K
характеризует жесткость работы фиксатора против
функциональных нагрузок.
Обеспечить регламентированный уровень силовых характеристик
фиксатора возможно только при строгом соблюдении температур
восстановления формы материала, из которого он изготовлен. Клиническая
практика показала, что температура деформации фиксатора (М
Д
), при которой
ему достаточно просто придать форму, удобную для установки в организм,
должна быть не ниже +5
С (охлаждение в холодном физиологическом
растворе). Температура начала восстановления формы (А
Н
В
) не должна быть
ниже +26
С, чтобы фиксатор не начал изменять свою форму при температурах
в операционном отделении и у врача был достаточный резерв времени для его
установки. Температуры конца восстановления формы (А
К
В
) должна быть ниже
температуры человеческого тела (+36
С) для того, чтобы в организме фиксатор
стремился вернуться к своей исходной форме. Ошибка при соблюдении
указанных температур не должна превышать 1
2С, так как большее
отклонение приведет к нарушению силовых характеристик фиксатора.
157
Рис
при 10
С и
Так
температ
силовым
Дл
(шейный
меняютс
Так био
укреплен
компресс
поясничн
этом фи
l
цик
=
0,
должен с
менее 25
раза боль
Раб
6.25) та
характер
сунок 6.24
и после наг
ким
о
турными
ми (F
max
, F
ля позвон
й, грудной
ся не толь
механиче
ния связо
сии в пр
ного отде
иксаторы
,5 мм для
сохранять
5000 цикл
ьшем чис
ботоспосо
кже опи
ристиками
. Механич
грева до 36
образом,
(М
Д
, А
Н
В
F
min
, K) ха
ночных ф
й или по
ько его ра
еские рас
очного ап
еделах от
ела, соотв
работают
я шейног
ь свои си
лов нагру
сле цикло
обность ф
сывается
и.
ческое пове
6,6
С [17, с
работо
В
, А
К
В
), д
арактерист
фиксаторо
ясничный
змеры, но
счеты и
ппарата на
т 15 до 5
ветственн
т в усло
го уровня
иловые ха
ужения и
в.
фиксатор
темпера
едение фи
стр. 117]
оспособно
деформац
тиками.
ов в зав
й отделы
о и требов
клиничес
а шейном
50 Н и ж
но, от 30
овиях цик
я и
l
цик
=
арактерис
не разруш
ров предн
атурными
иксатора дл
ость
ф
ционными
висимости
ы позвоно
вания к о
ские испы
м уровне
жесткость
до 80 Н
клическог
=
1 мм дл
стики при
шаться пр
назначенн
и, деформ
ля стабили
фиксатора
и (
min
уст
Δ
,
Δl
и от мес
чника), в
сновным
ытания п
необходи
ь от 10 д
и от 20
го растяж
ля поясни
и деформ
ри, по кр
ных для о
мационны
изации поз
а
опре
ц
maxn
уст
Δl
,
Δl
ста их у
вида трав
характер
показали,
имо имет
до 30 Н/м
до 50 Н/
жения в
ичного. Ф
мации на
райней ме
остеосинт
ыми и с
звоночника
еделяется
д
цик
Δl
,
) и
установки
мы и др.
ристикам.
что для
ть усилие
мм, а для
/мм. При
пределах
Фиксатор
l
цик
не
ере, в два
теза (рис.
силовыми
а
я
и
и
.
.
я
е
я
и
х
р
е
а
.
и
158
В о
протезир
выполня
компресс
форму, у
длиннее,
перелома
таких фи
спинки
подготов
температ
соединяе
для осте
перелома
Более в
питающи
минерали
необходи
где
Дл
фиксатор
близкими
формуле
отличие о
рования с
ять, как п
сию для
удобную
, чем вто
а кости
иксаторов
и разве
вленные
туры чело
емых фра
осинтеза,
а. По нек
высокое
их костну
изация ф
имо соблю
е S
к
– пло
ля того,
ра, их жес
и. Опред
е:
от позвон
связочног
правило, и
остеосин
для чрезк
рая, поск
с целью
в при тем
едении н
(шилом
овеческог
агментов
, должно
которым
давление
ую ткань
иброзной
юдение сл
F
ощадь поп
чтобы о
сткости п
делить н
K
ночных фи
го аппар
и репозир
нтеза. По
костного
кольку пр
ю выполн
мпературе
ножек. П
или св
го тела о
кости. У
обеспечи
данным э
е привод
и ее резор
й ткани и
ледующе
F
min
< 0,06
перечного
обеспечит
при дейст
необходим
к
уст
к
E
l
S
K
Рисун
фрагм
иксаторов
рата, фик
рующее д
оэтому та
введения
редназнач
нения ши
е М
Д
закл
После п
верлом)
он создает
Усилие ко
ивать опт
это давле
дит к п
рбцию. П
образует
его соотно
6
· S
к
< F
m
о сечения
ть механ
твии функ
мую жес
к
[Н/мм
нок 6.25. Ф
ментов плю
в, предна
ксаторы д
действие
акие фикс
я. Иногда
чена для
инирующи
лючается
помещени
костные
т компрес
мпрессии
тимальное
ение долж
пережати
При низко
тся ложны
ошения:
ax
[Н],
кости в з
ническую
кциональн
сткость (
м],
Фиксаторы
юсневой ко
азначенны
для остео
и создав
саторы в
, одна из
прохожде
их функц
в выпрям
ия фикса
каналы
ссию по
и, создава
е давлени
жно быть
ю капил
ом давлен
ый сустав
зоне перел
совмест
ных нагру
(К) фикс
ы для соеди
ости
ых в осно
осинтеза
вать опти
основно
ножек ф
ения чере
ций. Деф
млении и
атора в
ы и наг
всей пов
аемое фи
ие на пов
ь около 0
ллярных
нии не пр
в. В обще
(42)
лома [мм
тимость
узок долж
сатора мо
(43)
инения
вном для
должны
имальную
м имеют
фиксатора
ез линию
формация
изогнутой
заранее
грева до
ерхности
ксатором
верхность
,06 МПа.
сосудов
оисходит
ем случае
м
2
].
кости и
жны быть
ожно по
)
я
ы
ю
т
а
ю
я
й
е
о
и
м
ь
.
в
т
е
и
ь
о
159
где l
уст
– расстояние между костными каналами, в которые предполагается
устанавливать фиксатор [мм]; Е
к
– модуль упругости кости [Н/мм
2
].
При этом необходимо учитывать тип кости – кортикальная или
спонгиозная. В том случае, если структура кости в месте перелома смешанная,
то вычисляется средний модуль упругости по закону аддитивности с учетом
соотношения площадей разного типа кости в поперечном сечении.
Так, например, фиксатор, показанный на рисунке 6.25, предназначенный
для соединения фрагментов первой плюсневой кости стопы после остеотомии
при выполнении операции по поводу халюс-вальгус, обладает усилием
компрессии от 15 до 30 Н и жесткостью около 400 Н/мм, что соответствует
требованиям.
Особое внимание необходимо уделить долговечности работы фиксаторов,
так как они, в основном, предназначены для пожизненного использования и не
требуют обязательного удаления. Подходить к этому вопросу, исходя из
требований к усталостным свойствам обычных конструкционных материалов в
данном случае невозможно. Дело в том, что фиксаторы из никелида титана
работают в организме при напряжениях (100-200 МПа) значительно более
низких, чем предел их прочности (800-950 МПа), но испытывают большие (до
2
3 %) деформации. В этих условиях существенным становится проблема
появления остаточной (не восстановленной) деформации при циклических
нагрузках, изменение характеристик работоспособности фиксаторов и условий
их функционирования в организме.
Позвоночные фиксаторы, которые протезируют или укрепляют
связочный аппарат, в процессе работы постоянно испытывают циклические
деформации (
l
цик
), величина которых может лишь незначительно снижаться
по мере образования фиброзной ткани на месте резецированных костных и
связочных структур. Эти фиброзные образования берут на себя
стабилизирующую роль связок, а фиксатор не должен препятствовать этому
процессу. Поэтому работу фиксатора во времени можно разбить на два этапа.
На первом, после операции, фиксатор должен взять на себя функции
резецированных структур и позволить приступить к ранней активации
больного, чтобы сократить сроки его реабилитации. На втором этапе, когда
произошло образование и укрепление новых тканей на месте удаленных,
фиксатор должен уменьшить усилие компрессии и жесткость, оказываемые на
костные структуры, за которые он установлен, и перейти в состояние, в
160
котором
поведени
накоплен
Рассмотр
На
приводит
установо
снижают
совпадат
деформа
работы ф
месяцев,
нагрузок
Обеспечи
структур
технолог
Рис
стабилиза
Фи
нескольк
жесткост
ткани и
цикличес
минимал
фиксатор
его устал
ие фикса
ния им
рим этот п
акопление
т к ув
очного р
тся. Со в
ть, и он и
ации, кото
фиксатор
, что соот
к, снижен
ить тако
ру матер
гии его де
сунок 6.26
ации позвон
иксаторы
ко по-дру
ть систем
и ее по
ских де
льных зн
р при фун
лостное р
атора во
остаточ
процесс н
е остато
величению
азмера. В
ременем
испытыва
орые не м
ра в орган
тветствует
ние усил
ое повед
риала за
еформаци
6. Схема
ночника пр
для ос
угому. В п
мы кость-
степенно
еформаци
начений,
нкционал
разрушен
времени
чной де
на схеме,
очной д
ю исход
В резуль
установо
ает при ци
могут пр
низме, ко
т 25
50 т
ий компр
дение фи
счет вы
ионной и т
изменения
ри цикличес
теосинтез
первый пе
-фиксатор
й минер
ий фикс
характер
льных наг
ние не воз
и, возмож
еформаци
представ
деформаци
дного ра
ьтате это
очный и
иклическ
ивести к
оторый м
тыс. цикл
рессии н
иксатора
ыбора хи
термичес
я деформа
ском нагру
за при
ериод по
р возраста
рализации
сатора
рных дл
грузках (р
зможно. О
жно, за с
ии при
вленной н
ии при
азмера
ого усили
исходный
их нагруз
его разр
может зан
лов макси
не должн
можно,
имическо
ской обра
ационных
ужении [17
цикличес
мере разв
ает за сч
и. В ре
постоянн
ля перем
рисунок 6
Обеспечи
счет регл
цикличе
на рисунке
циклич
фиксатор
ия компр
й размер
зках лиш
рушению.
нимать о
имальных
о снизит
формир
ого соста
ботки.
характерис
, стр. 122]
ских наг
вития про
ет образо
зультате
но сниж
мещений
6.27). Глав
ить такое
ламентир
еских н
е 6.26.
ческих н
ра и сн
рессии ф
фиксато
шь незначи
На перв
от одного
х функцио
ться мень
руя необ
ава мате
стик фикс
грузках р
оцесса ост
ования фи
этого в
жается,
системы
вное треб
сложное
ованного
агрузках.
нагрузках
нижению
фиксатора
ора могут
ительные
вом этапе
о до трех
ональных
ьше F
min
.
ходимую
ериала и
сатора для
работают
теогенеза
иброзной
величина
достигая
ы кость-
бование к
е
о
.
х
ю
а
т
е
е
х
х
.
ю
и
я
т
а
й
а
я
-
к