مطالعه و بررسی عیوب سوراخکاری استخوان

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 مربی مجتمع آموزش عالی اسفراین و دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 دانشیار بخش مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

3 کارشناسی ارشد مهندسی مواد، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

چکیده

بی‌حرکت‌سازی استخوان شکسته، که غالباً بر اثر سوانح و کهولت سن به‌وجود می‌آید، برمبنای ایجاد سوراخ با مته و اتصال پلاک‌های که به آنها پیچ می‌شوند، انجام می‌گیرد. کاشت ایمپلنت در دندان پزشکی نیز نیازمند ایجاد سوراخ است. سوراخکاری معمولاً توام با ایجاد حرارت و اعمال نیروست. حرارت تولیدی و نیروی سوراخکاری برای استخوان به‌شدت مضر است. حرارت تولیدی سوراخکاری سبب ایجاد نکروزهای حرارتی پیرامون سوراخ ایجاد شده و نیروی سوراخکاری باعث رشد ترک در استخوان می‌گردد. به این دلیل تلاش‌های متعددی برای یافتن راه‌حلی جهت کاستن نکروزهای حرارتی (مرگ غیرقابل بازگشت سلول) و نیروهای سوراخکاری صورت گرفته است. تغییر در شکل مته، به‌کارگیری ارتعاشات التراسونیک در سوراخکاری، فناوری سوراخکاری سرعت بالا و شبیه‌سازی این فرایند (شرایط آماده‌سازی تست‌های تجربی سخت است) و نیز بهینه‌سازی پارامترهای سوراخکاری از جمله موضوعاتی است که مورد توجه محققان بوده است. در این مقاله به بررسی عملکرد فرایند و آخرین پیشرفت‌ها و مطالعات انجام‌شده پرداخته شده و چالش‌های آن مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


[1] ا. شکوری، م. صادقی، م. کرفی، بررسی تاثیر سوراخکاری استخوان با دریل دورانی - ارتعاشی در کاهش نکروز حرارتی، جراحی استخوان و مفاصل ایران، دورة 12، شمارة 2، ص. 53-59، 1393.

[2] ا. شکوری، م. صادقی، ح. سلیمانی­مهر، اثر سرعت مته بر نکروزهای حرارتی در استخوان (مطالعه حیوانی)، جراحی استخوان و مفاصل ایران، دورة 11، شمارة 1، ص. 32-39، 1391.

[3] ا. شکوری، م. صادقی، م. معرفت، بررسی تجربی و تحلیلی نیرو در فرآیند سوراخکاری استخوان به کمک ارتعاشات آلتراسونیک، مهندسی مکانیک مدرس، دورة 14، شمارة 6، ص. 194-200، شهریور 1393.

[4] K. N. Bachus, T. R. Mateehew, D. T. Hutchinson, The Effects of Drilling Force on Cortical Temperature and Their Duration: an in Vitro Study, Med Engin Physics, Vol. 22, pp. 685-91, 2000.

[5] S. R. Davidson, D. F. James, Drilling in bone: modeling heat generation and temperature distribution, Biomech Eng, Vol. 125, pp. 305–314, 2003.

[6] C. Natali, P. Ingle, J. Dowell, Orthopedic bone drills e can they be improved, J Bone Joint Surge Br, Vol. 78-B, pp. 357-362, 1996.

[7] J. J. Carmouche, R. W. Molinari, T. Gerlinger, J. Devine, T. Patience, Effects of pilot hole preparation technique on pedicle screw fixation in different regions of the osteoporotic thoracic and lumbar spine, J. Neurosurg, Spine, Vol. 3, No. 5, pp. 364–370, 2005.

[8] G. Augustin, S. Davila, K. Mihoci, T. Udiljak, D. S. Vedrina, A. Antabak, Thermal osteonecrosis and Bone Drilling Parameters Revisited, Arch Orthop Trauma Surg, Vol. 128, pp.71-77, 2008.

[9] G. Augustin, S. Davila, T. Udiljak, D. S. Vedrina, D. Bagatin, Determination of Spatial Distribution of Increase in Bone Temperature During Drilling by Infrared Thermography: Preliminary Report, Arch Orthop Surg, Vol. 129, pp. 703-709, 2009.

[10] Y. K. Tu, H. H. Tsai, L. C. Lin, Finite Element Simulation of Drill Bit and Bone Thermal Contact During Drilling, IEEE Confernce, pp. 1268-1272, 2008.

[11] K. Alam, A. V. Mitrofanov, V. V. Silberschmidt, Finite element analysis of forces of plane cutting of cortical bone, Computational Materials Science, Vol. 46, pp. 738–743, 2009.

[12] K. Alam, M. Khan, V. Vadim, 3D Finite element modeling of drilling cortical bone: temperature analysis, Journal of Medical and Biological Engineering, Vol. 34, No. 6, pp. 618-62, 2014.

[13] J. Sui, N. Sugita, K. Ishii, K. Harada, M. Mitsuishi, Mechanistic modeling of bone-drilling process with experimental validation, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, No. 4, pp. 1018-1026, 2014.

[14] Y. Wang, M. Cao, X. Zhao, G. Zhu, C. McClean, Y. Zhao, Y. Fan, Experimental investigations and finite element simulation of cutting heat in vibrational and conventional drilling of cortical bone, Medical engineering & physics, Vol. 36, No. 11, pp. 1408-1415, 2014.

[15] T. J. Cloete, G. Paul, E. B. Ismail, Hopkinson bar techniques for the intermediate strain rate testing of bovine cortical bone, Philosophical Transactions Mathematical Physical & Engineering Sciences, Vol. 372, No. 2015, p. 20130210, 2014.

[16] W. A. Lughmani, K. Bouazza-Marouf, I. Ashcroft, Drilling in cortical bone: a finite element model and experimental investigations, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, Vol. 42, pp. 32-42, 2015.

[17] J. Lee, Y. Rabin, O. B. Ozdoganlar, A New Thermal Model for Bone Drilling with Applications to Orthopaedic Surgery, Medical Engineering & Physics, Vol. 33, pp. 1234-1244, 2011.

[18] M. T. Hillery, I. Shuaib, Temperature Effects in the Drilling of Human and Bovine Bone, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 92-93, pp. 302-308, 1999.

[19] S. H. R. Davidson, D. F. James, Drilling in Bone: Modeling Heat Generation and Temperature Distribution, Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 125, pp. 305-314, 2003.

[20] G. Augustin, T. Zigman, S. Davila, T. Udiljak, T. Staroveski, D. Brezak, S. Babic, Cortical Bone Drilling and Thermal Osteonecrosis, Clinical Biomechanics, Vol. 27, pp. 313-325, 2012.

[21] B. C. Sener, G. Dergin, B. Gursoy, E. Kelesoglu, I. Slih, Effects of Irrigation on Heat Control in Vitro at Different Drilling Depths, Clin. Oral Impl. Res, Vol. 20, pp. 294-298, 2009.

[22] F. Karaca, B. Aksakal, M. Kom, Influence of Orthopaedic Drilling Parameters on Temperature and Histopathology of Bovine Tibia: An in Vitro Study, Medical Engineering & Physics, Vol. 33, pp. 1221-1227, 2011.

[23] K. H. Jo, K. H. Yoon, K. S. Park, J. H. Bae, K. H. You, J. H. Han, Thermally induced bone necrosis during implant surgery: 3 case reports, J Korean Assoc Oral Maxillofac Surg, Vol. 37, pp. 406-14, 2011.

[24] ا. شکوری، م. صادقی، م. معرفت، مطالعه تجربی نکروز حرارتی در فرایندهای سوراخکاری معمولی و سرعت بالای استخوان، مهندسیمکانیکمدرس، دورة 13، شمارة 10، ص. 105-117، دی 1392.

[25] و. خادمی، ج. اکبری، ف. فرهمند، سوراخکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک استخوان، مهندسیمکانیکمجلسی، سال 1، شمارة 4، ص. 69-74، 1378.

[26] W. Allan, E. D. Williams, C. J. Kerawala, Effects of Repeated Drill Use on Temperature of Bone During Preparation for Osteosynthesis Self- Tapping Screws, British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Vol. 43, pp. 314-319, 2005.

[27] J. Lee, B. A. Gozen, O. B. Ozdoganlar, Modeling and Experimentation of Bone Drilling Forces, Journal of Biomechanics, Vol. 45, pp. 1076-1083, 2012.