اصول طراحی پیچ و پلاک ارتوپدی – قسمت اول

مقدمه ای بر طراحی پیچ و پلاک ارتوپدی

پیچ و پلاک ارتوپدی به عنوان یک روش موثر برای درمان شکستگی استخوان شناخته شده است. در این روش شکستگی استخوان، با استفاده از پیچ و پلاک، در محل شکستگی ثابت می‌شود تا قطعات استخوان در وضعیت آناتومیک برای بهبود شکستگی در حالت ثابت قرار گیرند. در این روش درمان شکستگی استخوان، پلاک بر روی سطح بیرونی استخوان قرار می گیرد و پیچ ها از طریق سوراخ ها در پلاک، پلاک را به استخوان ثابت می کنند. پیچ و پلاک ها بر اساس آناتومی استخوان، اندازه استخوان و قرارگیری بافت نرم در قسمت های مختلف بدن طراحی و ساخته می شدند. این انعطاف در طراحی باعث افزایش استفاده از این روش فیکساسیون برای درمان شکستگی های استخوانی در تمام قسمت های بدن شده است که آن را نسبت به سایر روش های تثبیت شکستگی مانند intra-medullary nailing و فیکساتورهای خارجی برتری می دهد. عملکرد خوب این روش به اتصال پیچ و استخوان بستگی زیادی دارد که محل باعث ثابت سازی پایدار پیچ ها در استخوان می شود. قرار دادن پیچ در استخوان کم تراکم، به دلیل استحکام برشی ضعیف در سطح مشترک استخوان-پیچ، خطر از دست دادن اتصال بین پیچ و استخوان و جابجا شدن قطعه استخوان را به همراه خواهد داشت. در این مقاله، قسمت اول فن آوری و ویژگی های طراحی پیچ و پلاک ارتوپدی ارایه می شوند. قسمت دوم ویژگی های طراحی پیچ و پلاک ارتوپدی در مقاله بعدی ارایه می گردد.

فن آوری پیچ و پلاک ارتوپدی

فن آوری فعلی پیچ و پلاک ارتوپدی بر پایه ایجاد یک فیکساتور داخلی با استحکام مکانیکی بالاتر از ویژگی های مکانیکی استخوان می باشد. بر اساس این مفهوم، پیچ و پلاک ها یک استراکچر سفت و سخت را ایجاد می کنند که به استخوان ثابت می شود تا قطعات استخوان را در طول زمان بهبودی نگه دارد. می توان گفت که این مفهوم بیشتر بر جنبه مکانیکی تثبیت شکستگی متمرکز بوده و جنبه های بیولوژیکی کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. این ممکن است به دلیل حرکت زودهنگام بیمار پس از عمل جراحی، به عنوان یکی از اصول اساسی برای تثبیت شکستگی های استخوان باشد. در صورتی که ایمپلنت بتواند شرایط بارگذاری فیزیولوژیکی ناشی از بارگذاری خارجی (به عنوان مثال بلند کردن وزنه یا تحمل وزن در راه رفتن) یا بارگذاری بافت نرم را تحمل کند، بیمار می تواند در فاصله ای کم بعد از عمل جراحی، شروع به حرکت محل شکستگی نماید.

بنابراین، ایمپلنت های فلزی از فولاد ضد زنگ و آلیاژهای تیتانیوم با استحکام مکانیکی بسیار بالاتر از بافت استخوانی، به طور گسترده برای تثبیت شکستگی های استخوانی مورد استفاده قرار گرفته اند (در مقاله ای دیگر، مفاهیم مکانیکی و بیولوژیکی پیچ و پلاک ارتوپدی با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت و مزایای در نظر گرفتن جنبه‌های بیولوژیکی در توسعه سیستم پیچ و پلاک ارتوپدی برای دستیابی به نتایج بالینی بهتر، به ویژه در استخوان‌های کم تراکم، شرح داده خواهد شد).

سفتی (stiffness) سیستم پیچ و پلاک با معرفی مفهوم فناوری “قفل شوندگی “(locking) برای قفل کردن پیچ ها در سوراخ پلاک ها، به طور قابل توجهی توسعه و افزایش یافته است. در تکنولوژی قفل شوندگی، سر پیچ و سوراخ های پلاک رزوه می شوند تا قفل شدن پیچ در پلاک را تسهیل کند (شکل 1). این فناوری برای غلبه بر چالش شل شدن پیچ ایجاد شده است.

در واقع، در نوع پیچ و پلاک بدون قابلیت قفل شوندگی، پیچ می‌تواند تحت شرایط بارگذاری فیزیولوژیکی دینامیکی، به خارج از سوراخ پلاک منتقل شود و باعث از بین رفتن ثابت سازی تکه های استخوانی و اختلال در جوش‌خوردگی یا حتی عدم جوش خوردن تکه های استخوانی، ناشی از شکستگی، گردد. مکانیسم قفل شدن بین پلاک و پیچ، استحکام بالایی ایجاد می‌کند که باعث ایجاد اثر stress-shielding در محل شکستگی، به‌ ویژه در سطح مشترک پیچ و استخوان و شکاف‌های شکستگی می‌شود.

بنابراین، سازندگان ایمپلنت های ارتوپدی، طراحی پیچ های قفل شونده و سوراخ های پلاک را اصلاح کرده اند تا سفتی مکانیسم قفل بین پلاک و پیچ را با مکانیزم قفل زاویه-متغیر (variable angle locking) کاهش دهند.

مفاهیم طراحی

ابعاد واقعی استخوان انسان از تصاویر اشعه ایکس استخراج شده و به فرمت مرتبط (مانند فرمت stl) تبدیل می شود تا در نرم افزار “طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)” جهت طراحی ایمپلنت وارد شود. ایمپلنت بر اساس هندسه استخوان و با در نظر گرفتن حداقل تداخل با پوست و بافت نرم طراحی شده است. پارامترهای طراحی مانند محل و تعداد سوراخ‌های پیچ، طول، عرض و ضخامت پلاک از نظر بیومکانیکی و بالینی مهم هستند. بر اساس الگوهای شکستگی احتمالی استخوان، پارامترهای طراحی به طور دقیق و بهینه در نظر گرفته می شوند تا ایمپلنت، با مزایای مکانیکی و بالینی خوبی مدلسازی گردد. مفاهیم مرتبط با طراحی سیستم پیچ و پلاک ارتوپدی در بخش 3-1 تا 3-5، بررسی می گردند.

(با خرید و دانلود مقاله، از خواندن ادامه مطلب، در موضوع اصول طراحی پیچ و پلاک ارتوپدی، بهره مند شوید. امیدوارم این مقاله بتواند اطلاعات شما رو در موضوع مورد بحث، ارتقاء دهد. موفق باشید!)