Page 11 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2024
P. 11
חוברת תקצירים | מחזור ד׳ תשפ״ג
ייצור שתלים מותאמים אישית בהדפסת תלת-ממד דרך אנליזת אלמנט סופי
דוד בליאכר, dovidb90@gmail.com ד״ר ניר טרבלסי, ד״ר צוק טורבוביץ’
המכללה האקדמית להנדסה ע״ש סמי שמעון, באר שבע
תחום השתלים האורטופדיים גדל בקצב מהיר בשל העלייה בתוחלת החיים והשיפור באיכות החיים. כיום, שתלים מיוצרים לפי תבנית בצורה אחידה ללא התאמה אישית למטופל, דבר אשר תורם לשחיקה מוגברת של השתל, ביצועים מוגבלים וסיכונים שונים במהלך הניתוח. בשנים האחרונות הולכת ומתפתחת גישה של התאמת שתלים אישית למטופלים. גישה זו לא רק עשויה לשפר את איכות השתלים מבחינת משקל וצורת השתל אלא גם מבחינת פיזור העומסים ותגובת הגוף לשתל. השימוש בשתל מותאם אישית עשוי לקצר את זמן הניתוח, לאפשר תכנון מקדים
מדויק יותר, לשפר את סיכויי ההצלחה של הניתוח ואת תוחלת החיים של השתל.
טכנולוגיית ההדפסה בתלת-ממד טומנת בחובה פוטנציאל רב בפיתוח שתלים מותאמים אישית. ברוב המקרים ההתאמה של השתל מבוצעת ע״י התאמה גאומטרית, אך שילוב כלים חישוביים כגון אנליזות אלמנט סופי בשלב התכנון עשוי לעזור באופטימיזציה של השתל.
המחקר המוצג בעבודה זו מתמקד באנליזות ליחידת עמוד שדרה המורכבת משתי חוליות והדיסק ביניהן. מטרת המחקר היא ניתוח התגובה המכאנית של יחידת עמוד שדרה עם דיסק ברמות דגרדציה שונות ועם דיסק מותאם אישית המיוצר בהדפסה תלת ממד.
המחקר בוצע במספר שלבים כאשר בשלב הראשון נעשה שימוש בסריקת TC של עמוד שדרה לצורך ביצוע סגמנטציה של סריקת הTC בעזרת קוד שפותח בתוכנת “baltaM״. תוצאות הסגמנטציה הועברו לתוכנת תיב״ם “skroWdiloS״ ליצירת מודל תלת-ממד של חוליות עמוד השדרה, של הדיסק האנושי )בדרגות דגרדציה שונות (וכן
של הדיסק המודפס בהתאמה אישית.
המודלים שנוצרו יובאו לתוכנת “suqabA״ לביצוע אנליזות אלמנט סופי. תכונות החומר של הדיסקים הוגדרו בהתבסס על מודל מוני-ריבלין עבור חומר היפר אלסטי, והרצועות הוגדרו כקפיצים חד ציריים לא לינאריים. המודלים עברו אנליזות עבור כל אחת מהתנועות הפיזיולוגיות של עמוד השדרה (כפיפה, פשיטה, כפיפה צידית וסיבוב צירי), מהן ניתן היה לראות קשר מובהק בין דרגת הדגרדציה של הדיסק להגבלה בתנועת הדיסק וביכולת שלו להתמודד
עם עומסים שונים.
בשלב השני, בוצעו ניסויי לחיצה על קבוצות דיסקים מודפסים בעלי חמש גאומטריות שונות במספר אוריינטציות הדפסה. תוצאות ניסויי הלחיצה מוצעו עבור כל גאומטריה והושוו לצורך קביעת הגאומטריה האופטימלית. על בסיס גאומטריה זו בוצעו בדיקות לקביעת תכונות החומר הנכונות ביותר לדימוי הדיסק המודפס. מניסויי הלחיצה ניתן ליראות כי לאוריינטציית ההדפסה (במדפסות MDF) קיימת השפעה גדולה על התגובה המכאנית של הדיסק ללחיצה והודות לכך ניתן לבצע התאמה טובה יותר של הדיסק למושתל ולשגרת החיים שלו. בנוסף במהלך ניסויי הלחיצה נצפתה תגובה של קריסת שכבות ההדפסה באוריינטציית הדפסה אנכית, וזאת בניגוד לתופעת ההיפרדות
המצופה במצב זה.
לצורך העמקת ההבנה של התנהגות עמוד השדרה תחת עומסים שונים, וכחלק משיתוף פעולה עם פרופ’ זוהר יוסיבאש מביה״ס להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל-אביב, תוכנן ובוצע ניסוי לחיצה על אזור 1S-1L בעמוד שדרה. בניסוי בוצעו סידרה של ניסויי לחיצה על עמוד השדרה בהפעלת כוח אחיד בנקודות שונות לקבלת מומנטים שונים,
וזאת במטרה לבדוק את תגובת הדיסק, התזוזות והעיבורים תחת עומס.
11
