Analysis and deging of a hyperelastic nitinol compression platae for humerus fractures

Anastasakis, Vasileios; Αναστασάκης, Βασίλειος

dc.contributor.author	Anastasakis, Vasileios	el
dc.contributor.author	Αναστασάκης, Βασίλειος	en
dc.date.accessioned	2025-03-31T08:15:44Z
dc.date.available	2025-03-31T08:15:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61540
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29236
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	Σχεδιασμός	el
dc.subject	Ανάλυση	el
dc.subject	Νιτινόλη	el
dc.subject	Υπερελαστικό	el
dc.subject	Οστεοσύνθεση	el
dc.subject	Design	en
dc.subject	Analysis	en
dc.subject	Hyperelastic	en
dc.subject	Nitinol	en
dc.subject	Osteosynthesis	en
dc.title	Analysis and deging of a hyperelastic nitinol compression platae for humerus fractures	en
dc.title	Ανάλυση και σχεδιασμός υπερελαστικής πλάκας Νιτινόλης για κατάγματα βραχίονα	el
heal.type	bachelorThesis	el
heal.classification	Αρχές Μηχανολογικού Σχεδιασμού	el
heal.language	en	el
heal.access	campus	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10
heal.abstract	This thesis explores the design and performance analysis of a superelasic Nitinol compression plate aimed at improving osteosynthesis in distal humerus fractures. Internal fixation techniques, such as Dynamic Compression Plates (DCPs) and Locking Compression Plates (LCPs), have long been used in orthopedic surgery to stabilize bone fractures. However, these conventional plates often face limitations, including loss of compression over time and insufficient flexibility to allow for micromotion—both of which are crucial for optimal bone healing. Nitinol, a Nickel-Titanium shape memory alloy, offers a promising alternative due to its unique superelastic properties, which allow for consistent compression at the fracture site and controlled micromotion, making it ideal for promoting bone regeneration. The study begins with an in-depth literature review on the biomechanics of fracture healing and the limitations of existing fixation plates. Building on this foundation, the thesis proposes the use of a Nitinol-based compression plate to address these issues. The design process involved multiple iterations, each subjected to Finite Element Analysis (FEA) to evaluate the mechanical performance of the plate under different loading conditions. The FEA simulations focused on the plate’s ability to maintain the necessary stress distribution and ensure strain values conducive to bone healing. Furthermore, this thesis investigates the role of micromotion in fracture healing, particularly emphasizing the importance of early mobilization post-surgery. The simulations demonstrated how activities such as pulling can generate beneficial strain in regions where static compression alone may not be sufficient to promote osteogenesis. The ability of the Nitinol plate to maintain optimal strain levels across the fracture site, even under dynamic loading, was a key outcome of this research. In addition to the mechanical analyses, this study outlines practical considerations for the application and installation of the Nitinol plate. By ensuring that the plate maintains consistent compression throughout the healing process, it overcomes the common limitations of conventional fixation methods. The findings of this research contribute to the broader understanding of how advanced materials like Nitinol can be used in orthopedic implants to enhance fracture healing outcomes, providing a next-generation solution for internal fixation in challenging fractures.	en
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τον σχεδιασμό και την ανάλυση της απόδοσης μιας υπερελαστικής πλάκας συμπίεσης από νιτινόλη, με σκοπό τη βελτίωση της οστεοσύνθεσης σε κατάγματα του περιφερικού βραχιονίου. Οι τεχνικές εσωτερικής στερέωσης, όπως οι Δυναμικές Πλάκες Συμπίεσης (DCPs) και οι Πλάκες Συμπίεσης με Κλείδωμα (LCPs), χρησιμοποιούνται ευρέως στην ορθοπεδική χειρουργική για τη σταθεροποίηση των καταγμάτων οστών. Ωστόσο, αυτές οι συμβατικές πλάκες παρουσιάζουν περιορισμούς, όπως η απώλεια συμπίεσης με την πάροδο του χρόνου και η ανεπαρκής ευκαμψία για τη διευκόλυνση μικροκινήσεων, οι οποίες είναι ζωτικής σημασίας για τη βέλτιστη επούλωση των οστών. Η νιτινόλη, ένα κράμα νικελίου-τιτανίου με ιδιότητες υπερελαστικότητας, προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση, καθώς επιτρέπει τη διατήρηση σταθερής συμπίεσης στο σημείο του κατάγματος και ελεγχόμενες μικροκινήσεις, γεγονός που την καθιστά ιδανική για την προώθηση της αναγέννησης των οστών. Η μελέτη ξεκινά με μια εις βάθος βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με τη βιομηχανική της επούλωσης των καταγμάτων και τους περιορισμούς των υφιστάμενων πλακών στερέωσης. Με βάση αυτό το υπόβαθρο, προτείνεται η χρήση μιας πλάκας συμπίεσης από νιτινόλη για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων. Η διαδικασία σχεδιασμού περιλάμβανε πολλές επαναλήψεις, καθεμία από τις οποίες υποβλήθηκε σε Ανάλυση Πεπερασμένων Στοιχείων (FEA) για να αξιολογηθεί η μηχανική απόδοση της πλάκας υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτισης. Οι προσομοιώσεις FEA επικεντρώθηκαν στην ικανότητα της πλάκας να διατηρεί την απαραίτητη κατανομή τάσεων και να εξασφαλίζει τιμές παραμόρφωσης που είναι ευνοϊκές για την επούλωση των οστών. Επιπλέον, η εργασία διερευνά το ρόλο της μικροκίνησης στην επούλωση των καταγμάτων, με ιδιαίτερη έμφαση στη σημασία της πρώιμης κινητοποίησης μετά την επέμβαση. Οι προσομοιώσεις έδειξαν πώς δραστηριότητες όπως το τράβηγμα μπορούν να προκαλέσουν ωφέλιμη παραμόρφωση σε περιοχές όπου η στατική συμπίεση από μόνη της μπορεί να μην είναι αρκετή για την προώθηση της οστεογένεσης. Η ικανότητα της πλάκας νιτινόλης να διατηρεί βέλτιστα επίπεδα παραμόρφωσης στο σημείο του κατάγματος, ακόμα και υπό δυναμική φόρτιση, αποτέλεσε βασικό εύρημα της έρευνας. Εκτός από τις μηχανικές αναλύσεις, η μελέτη περιγράφει πρακτικές εκτιμήσεις για την εφαρμογή και την τοποθέτηση της πλάκας νιτινόλης. Διασφαλίζοντας ότι η πλάκα διατηρεί σταθερή συμπίεση καθ' όλη τη διάρκεια της επούλωσης, ξεπερνιούνται οι συνηθισμένοι περιορισμοί των συμβατικών μεθόδων στερέωσης. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας συμβάλλουν στην ευρύτερη κατανόηση του τρόπου χρήσης προηγμένων υλικών όπως η νιτινόλη σε ορθοπεδικά εμφυτεύματα, προσφέροντας μια λύση νέας γενιάς για την εσωτερική στερέωση σε δύσκολα κατάγματα.	el
heal.advisorName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κουλοχέρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καλογερής, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.fullTextAvailability	false