Σχεδιασμός - δομική ανάλυση και βελτιστοποίηση ενδομυελικού ήλου διατατικής οστεογένεσης βασιζόμενου σε ευφυή υλικά με μνήμη

Abstract

The technique to increase the length of the long bones is the subject of research for the orthopedic surgeons for many years. The technique is used for the treatment of a limb shortening due to malformation or to a deficit for other reasons e.g. the fracture of a long bone after a car accident, osteomyelitis, or malignancy. The procedure to increase the length of a bone is difficult and may become quite hazardous for the soft tissues surrounding the area. The two parts of the bone are stabilized to eliminate the possibility of relative torsion and bending. Then they align axially with respect to each other and move with a constant rate of elongation of 1mm per day. The elongation is usually achieved by 4 steps of 0,25mm every 6 hours. The application of internal distraction osteogenesis using shape memory alloys has all the advantages of internal osteosynthesis. The only part of these mechanisms that is found externally is the activation mechanism that is connected by the necessary cables of activation with the interior of the bone where the internal distraction device is placed. The basic problem of all designs is the high constructional complexity of activation and control of shift of the two parts of the bone, something that makes this systems non user friendly and with continuous fractures and blockings of the elements of the mechanisms. In the present work, all the advantages of the mechanism of internal distraction osteogenesis are combined with the fundamental advantage; the simplicity of manufacture of the mechanism and the simplicity of operation via the restriction of the moving elements.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφει το σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός εκπτυσσόμενου Ενδομυελικού Ήλου Επιμήκυνσης των Μακρών Οστών των Κάτω Άκρων. Η επιμήκυνση των κάτω άκρων είναι μία χειρουργική διαδικασία βαθμιαίας επιμήκυνσης των μακρών οστών των κάτω άκρων και των μαλακών μορίων που τα περιβάλουν. Γενικά, η επιμήκυνση των κάτω άκρων στοχεύει στην εξίσωση των σκελών ή αύξηση του μήκους των οστών και στα δύο άκρα. Η τεχνική αύξησης του μήκους των οστών των κάτω άκρων επινοήθηκε από τις αρχές του περασμένου αιώνα [1] και έχει καταξιωθεί στη μοντέρνα χειρουργική από τις αρχές του 1960, λόγω της ενασχόλησης του G.A.Ilizarov. Ο επιστήμονας και χειρουργός G.A.Ilizarov αφιέρωσε όλη τη θεωρητική και πρακτική του έρευνα [2] στη βελτίωση της διαδικασίας επιμήκυνσης των οστών και την ανάπτυξη εξωτερικής συσκευής σταθεροποίησης που φέρει το όνομα του. Η μέθοδος αυτή καθώς και η συσκευή Ilizarov χρησιμοποιήθηκαν πάρα πολύ για να διορθώσουν τόσο βλάβες όσο και παραμορφώσεις των κάτω άκρων. Η ευελιξία αυτής της συσκευής την κάνει ένα εξαιρετικό εργαλείο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση διαφόρων βλαβών όπως π.χ. σταθεροποίηση συνθέτων καταγμάτων, στροφικές διορθώσεις, διορθώσεις οστών με διαφορές μήκους. Τόσο όμως η συσκευή του Ilizarov όσο και οι υπόλοιποι μονόπακτοι εξωτερικοί σταθεροποιητές που παρουσιάσθηκαν αργότερα παρουσιάζουν μειονεκτήματα [3] όπως είναι π.χ. οι σύνθετες χειρουργικές διαδικασίες, οι συνδέσεις και οι βελόνες που διαπερνούν το δέρμα και που οδηγούν σε μολύνσεις, η μειωμένη δυνατότητα φόρτισης και η ταλαιπωρία λόγω του μεγέθους του σταθεροποιητή ειδικά στις περιπτώσεις εκείνες που η ευελιξία του σταθεροποιητή δεν είναι απαραίτητη. Πολλοί ασθενείς που χρειάζονται μία διόρθωση του μήκους ενός άκρου χωρίς άλλες παραμορφώσεις θα μπορούσαν να βοηθηθούν και από μία συσκευή μικρότερης ευελιξίας χωρίς τα μειονεκτήματα των εξωτερικών μονόπακτων σταθεροποιητών. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μείωση των μειονεκτημάτων και των επιπλοκών που σχετίζονται με τους εξωτερικούς σταθεροποιητές με το σχεδιασμό ενός ολοκληρωμένου συστήματος το οποίο θα μπορεί να εμφυτευθεί ολοκληρωτικά στην ενδομυελική κοιλότητα του οστού, χωρίς την ανάγκη εμφύτευσης υποδερμικών εξαρτημάτων. […]