بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر کاهش دما و شار حرارتی محل سوراخ‌کاری استخوان کورتیکال وترابکولار فمور بر اساس تئوری انتقال حرارت معکوس

Abstract

در جراحی‌های ارتوپدی فرآیند سوراخ­کاری به‌منظور ثابت سازی داخلی محل شکستگی به کار می‌رود. درنتیجه سوراخ­کاری استخوان اگر دما از حد مجاز 47 درجه سانتی گراد فراتر رود، منجر به تغییر ماهیت آلکالین فسفاتاز استخوان، وقوع پدیده‌ی نکروز حرارتی، عدم ثابت سازی و جوش­خوردگی نادرست استخوان می‌شود. به‌منظور بررسی پارامتر­های مؤثر بر این فرآیند در پژوهش حاضر پس از مدل‌سازی هندسی استخوان فمور در نرم‌افزار Mimics، به تخصیص جنس استخوان بر اساس مدل جانسون-کوک و شبیه‌سازی عددی فرآیند سوراخ‌کاری و براده برداری مایل استخوان کورتیکال و ترابکولار پرداخته شده است. فرآیند سوراخ‌کاری در دو حالت معمولی و سرعت‌بالا بر اساس تئوری انتقال حرارت معکوس به کمک نرم‌افزار DEFORM-3D انجام شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی پس از صحت سنجی با نتایج تجربی نشان داد که ضمن توانمندی این تئوری در تخمین دما و شار حرارتی تولیدی، وقوع پدیده نکروز در هر دو فرآیند حتمی است. دمای محل سوراخ‌کاری استخوان ترابکولار نسبت به استخوان کورتیکال در تمامی بازه‌های سرعت و نرخ‌های پیشروی بیشتر است و همچنین نیروی محوری کمتری را متحمل می‌شود. نقطه بهینه که منجر به حصول حداقل دما در سوراخ‌کاری معمولی استخوان ترابکولار و کورتیکال می‌شود مربوط به نرخ پیشروی mm/min150 و سرعت دورانی rpm2000 است. این نقطه بهینه در سوراخ‌کاری سرعت‌بالای استخوان ترابکولار و کورتیکال در نرخ پیشروی mm/min150 و به ترتیب سرعت دورانی rpm4000 و rpm7000 به دست می‌آید.