Systems. Methods. Technologies 4(36) 2017

Системы Методы Технологии . В . Ю . Скиба и др . Анализ напряженно - деформированного … 2017 № 4 (36) с . 93-102 95 самых нижних точках большеберцовой опорной по - верхности . Необходимо заметить , что исходное поло - жение ( т . е . полное разгибание ) эквивалентно положе - нию при сгибании в 0 ° ; 2) передне - задняя сила F PZ прикладывается к тиби - альному компоненту вдоль линии действия , перпенди - кулярной и к большеберцовой оси , и к оси сгибания / разгибания , которая проходит через ось осевой силы . Сила считается положительной , когда действует в зад - не - переднем направлении на тибиальный компонент ; 3) осевая сила F OS прикладывается к феморальному компоненту эндопротеза КС в направлении , парал - лельном большеберцовой оси . Линия действия осевой силы , сдвинутая таким образом , чтобы проходить через точку на большеберцовом компоненте протеза колен - ного сустава , который смещен на значение 0.07w ± 0,01w в медиальном направлении от большеберцовой оси , где w — полная ширина большеберцового компо - нента , как определено в ИСО 7207-1 [18, 19]. Значение смещения 0.07w эквивалентно смещению на 5 мм для большеберцового компонента средней ширины , т . е . w = 74 мм ; 4) ось сгибания / разгибания — номинальная ось ротации бедренного компонента относительно больше - берцового компонента ; 5) большеберцовая ось — номинальная продольная ось большеберцовой кости , соответствующая цен - тральной оси костномозговой полости проксимальной большеберцовой кости ; 6) большеберцовая ротация — это поворот больше - берцового компонента протеза КС вокруг оси осевой силы ; 7) момент большеберцовой ( тибиальной ) ротации M f . Данный момент прикладывается к феморальному компоненту эндопротеза КС и действует вокруг оси осевой силы . Рис . 3. Схема нагружения эндопротеза КС : 1 — сгибание феморального компонента ; 2 — ось осевой силы ; 3 — большеберцовая ось С учетом результатов работ [8–14] и данных , пред - ставленных в [15–21], определены функциональные зависимости силовых характеристик , графики которых представлены на рис . 4. В данной работе ставится задача по разработке ко - нечно - элементной модели для исследования напряжен - но - деформированного состояния эндопротезов в обо - значенных условиях нагружения с целью определения рациональной конструкции протезов КС . При форми - ровании математической модели биомеханического поведения КС необходимо последовательно решить следующие задачи : 1. Сформировать трехмерные модели элементов КС и осуществить построение сборок рассматриваемых вариантов конструкций ( КС ). 2. Описать и представить в соответствующей форме физико - механические характеристики материалы ком - понентов ( КС ). 3. Задать начальные и граничные условия матема - тической модели . Рис . 4. Момент времени действия максимальной нагрузки на коленный сустав Методика экспериментального исследования . В соответствии с программой мероприятий , на основании проведенного сканирования пациента на компьютер - ном томографе была создана триангуляционная модель скелета человека . Параллельно осуществлялось скани - рование на 3D- сканере фасонных поверхностей поли - этиленовой проставки ( вкладыша ), феморального и тибиального компонентов зарубежного аналога протеза КС Zimmer ( рис . 5). В совокупности с данными 3D- облака точек , полученными на основе аксиальных сре - зов ( томограмм ) методами реверсивного инжиниринга ( обратного проектирования ) с использованием функ - ционала среды PowerShape, создавались триангулиро - ванные ( фасетные , сеточные ) поверхности , были под - готовлены твердотельные модели возможных вариан -