Когда консервативное лечение не дает положительных результатов или не выполняет важных функций, операция по замене тазобедренного сустава является эффективным способом лечения опорно-двигательного аппарата. Во время процедуры подвижный сустав бедренной кости и тазовой кости заменяется аналогом, изготовленным из биоинертного углерод-углеродного композитного материала. Поскольку тазобедренный сустав является одним из наиболее нагруженных подвижных суставов в организме человека, крайне важно убедиться, что замена является биологически совместимой и достаточно прочной, чтобы прослужить пациенту всю жизнь. Чтобы улучшить прочностные характеристики ранее разработанного тазобедренного сустава из углерод-углеродного композитного материала, ученые Пермского политехнического университета провели эксперимент с использованием разрывной машины и методов моделирования.
Исследование, опубликованное в высокорейтинговом журнале "Механический вестник ПНИПУ", было выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект № FSNM-2020-0027).
Имплантаты обычно изготавливаются из металлических материалов, которые обладают высокими эластичными и прочностными характеристиками, что часто приводит к расшатыванию протеза из-за значительной разницы в свойствах костной ткани и имплантата. Углерод-углеродный композитный материал обладает эластичными характеристиками, сходными с костной тканью, что исключает возможность разрыхления. Чтобы исследовать его прочностные характеристики, политехнические институты провели эксперимент, в ходе которого образец протеза дважды сжимали до тех пор, пока он не сломался, что показало, что разрушение произошло из-за смещения межволокон. Сами волокна, изготовленные из углерод-углеродного композита, продолжали сохранять свою несущую способность.
Было установлено, что переход от шейки к посадочному конусу является самым слабым местом эндопротеза, и для увеличения его запаса прочности при сдвиге межслоя исследователи предлагают увеличить радиус перехода от шейки к посадочному конусу. Они создали реалистичную модель бедренной кости с помощью компьютерной томографии, чтобы получить реальную форму тазовой кости, которая полностью отражает ее анатомическую форму.
По мнению ученых, распределение напряжений в массиве костной ткани указывает на успешную конструкцию эндопротеза, и изобретение признано приоритетным для реализации проекта в городе Нытва, где будет организовано производство изделий из композитных материалов медицинского назначения. Исследователи изучат возможные повреждения при перегрузках, их влияние на работоспособность эндопротеза и способы блокирования роста повреждений в будущем.
