Analysis and design of novel superelastic compression plate with adjustable pretension for long bone osteosynthesis

Konstantinidis, Aris; Κωνσταντινίδης, Άρης

dc.contributor.author	Konstantinidis, Aris	en
dc.contributor.author	Κωνσταντινίδης, Άρης	el
dc.date.accessioned	2022-09-16T07:58:21Z
dc.date.available	2022-09-16T07:58:21Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55677
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23375
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Superelasticity	en
dc.subject	Osteosynthesis	en
dc.subject	Compression plate	en
dc.subject	Adjustable pretension	en
dc.subject	Fracture treatment	en
dc.subject	Mechanical design	en
dc.subject	Nitinol	en
dc.subject	shape memory alloys	en
dc.subject	Υπερελαστικότητα	el
dc.subject	Οστεοσύνθεση	el
dc.subject	Πλάκα συμπίεσης	el
dc.subject	Ρυθμιζόμενη προένταση	el
dc.subject	Θεραπεία κατάγματος	el
dc.subject	Μηχανολογικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Νιτινόλη	el
dc.subject	Κράματα μνήμης σχήματος	el
dc.subject	Conceptual design	en
dc.subject	Embodiment design	en
dc.subject	Ιδεολογικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Σχεδιασμός ενσάρκωσης	el
dc.title	Analysis and design of novel superelastic compression plate with adjustable pretension for long bone osteosynthesis	en
dc.title	Ανάλυση και σχεδιασμός καινοτόμου υπερελαστικής πλάκας συμπίεσης με ρυθμιζόμενη προένταση για οστεοσύνθεση μακρών οστών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical Design	en
heal.classification	Μηχανολογικός Σχεδιασμός	el
heal.classification	Biomechanics	en
heal.classification	Εμβιομηχανική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-23
heal.abstract	Compression plate osteosynthesis techniques have revolutionized the field of fracture treatment in the last 50 years, offering excellent clinical results in a variety of cases. However, they remain static fixations that are prone to compression loss over time, especially in the case of bone re-sorption. The goal of this study is the design of a true dynamic fixation device for long bone frac-tures based on superelasticity that is able to adjust the compression force as required. The steps of the design process are followed: study of existing solutions, conceptual design and embodi-ment design. A finite element model for the loading of a dynamic compression plate during walk-ing is constructed, from which a maximum equivalent stress of 627 MPa and a minimum com-pression force estimate of 810N are deduced, confirming the relevant bibliography. The concep-tual design involves an evaluation process based on the technical specifications, to determine the best among a list of alternative solutions. The potential of the superelasticity effect of Nitinol (Ni-Ti) as a prospective solution is revealed and subsequently examined. In the embodiment de-sign stage, finite element models of loading and unloading, as well as physical tensile and bending tests, attest to the ability of Nitinol to achieve strain values of around 10% at failure and constant compressive stress for a large part of its superelastic rebound. The latter characteristic, inspires a design of a titanium case and a superelastic Nitinol compression plate (SCP), inserted into the case under tension and let to rebound and compress the fracture gap with approximately con-stant force. The proposed design shows encouraging signs towards mitigating the common com-pression plating problem and thus accelerating the healing process for fracture patients.	en
heal.abstract	Οι τεχνικές οστεοσύνθεσης με πλάκες συμπίεσης, έχουν φέρει επανάσταση στον τομέα της θεραπείας καταγμάτων τα τελευταία 50 χρόνια, προσφέροντας εξαιρετικά κλινικά αποτελέσματα σε ποικίλες περιπτώσεις. Ωστόσο, παραμένουν στατικές στηρίξεις που είναι επιρρεπείς στην απώλεια της συμπίεσης με την πάροδο του χρόνου, ειδικά στην περίπτωση της οστικής απορρόφησης. Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι ο σχεδιασμός μιας πραγματικά δυναμικής συσκευής στερέωσης καταγμάτων μακρών οστών, βασισμένης στην υπερελαστικότητα που να είναι σε θέση να ρυθμίζει τη δύναμη συμπίεσης ανάλογα με τις ανάγκες. Ακολουθούνται τα βήματα της διαδικασίας σχεδιασμού: μελέτη υφιστάμενων λύσεων, εννοιολογικός σχεδιασμός και σχεδιασμός ενσάρκωσης (embodiment design). Κατασκευάζεται ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για τη φόρτιση μιας πλάκας δυναμικής συμπίεσης κατά το βάδισμα, από το οποίο προκύπτει μέγιστη ισοδύναμη τάση 627 MPa και εκτίμηση ελάχιστης δύναμης συμπίεσης 810 N, επιβεβαιώνοντας τη σχετική βιβλιογραφία. Ο εννοιολογικός σχεδιασμός περιλαμβάνει μια διαδικασία αξιολόγησης με βάση τις τεχνικές προδιαγραφές, για τον προσδιορισμό της καλύτερης από μια λίστα εναλλακτικών λύσεων. Η δυναμική του φαινομένου υπερελαστικότητας της Νιτινόλης (Ni-Ti) ως πιθανής λύσης αποκαλύπτεται και στη συνέχεια εξετάζεται. Στο στάδιο του σχεδιασμού ενσάρκωσης, μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων φόρτισης και εκφόρτισης, καθώς και πειραματικές δοκιμές εφελκυσμού και κάμψης, πιστοποιούν την ικανότητα της Νιτινόλης να επιτυγχάνει τιμές παραμόρφωσης περίπου 10% στην αστοχία και σταθερή θλιπτική τάση για μεγάλο μέρος της υπερελαστική επαναφοράς της. Το τελευταίο χαρακτηριστικό, εμπνέει ένα σχέδιο μιας θήκης από τιτάνιο και μιας υπερελαστικής εσωτερικής πλάκας Νιτινόλης (SCP), που εισάγεται στη θήκη υπό τάση και αφήνεται να επαναφερθεί και να συμπιέσει το διάκενο του κατάγματος με περίπου σταθερή δύναμη. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός δείχνει ενθαρρυντικά σημάδια για την άμβλυνση του κοινού προβλήματος των πλακών συμπίεσης και επομένως την επιτάχυνση της διαδικασίας ανάρρωσης για τους ασθενείς με κατάγματα.	el
heal.advisorName	Spitas, Vasilios	en
heal.advisorName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Spitas, Vasilios	en
heal.committeeMemberName	Provatidis, Christopher	en
heal.committeeMemberName	Koulocheris, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false