فشل بشكل كارثي داخل المريض أحدث جيل من الأطراف الاصطناعية للقرص الفقري، والمصنوع من الهيدروجيل. تحلل الغرسة تحت أحمال الالتواء، مما أدى إلى توليد جسيمات هددت سلامة حاملها. جمع التحليل الجنائي بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) والمحاكاة الميكانيكية الحيوية في برنامج Abaqus لتحديد ما إذا كان معدل ترطيب المادة قد غيّر مقاومتها للقص، مما كشف عن نقطة حرجة في تصميم المواد الحيوية.
إعادة البناء ثلاثي الأبعاد ومحاكاة التآكل الناتج عن القص 🔬
قام الفريق الجنائي برقمنة الغرسة المستخرجة باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق في برنامج Volume Graphics، مما أسفر عن سحابة نقاط عالية الدقة. باستخدام برنامج Materialise Mimics، تم تقسيم مناطق الكسر وجسيمات التآكل. ثم، في برنامج Abaqus، تم نمذجة سلوك الهيدروجيل تحت أحمال الالتواء الدورية، مع تغيير درجة الترطيب. أظهرت النتائج أن الترطيب العالي يقلل بشكل كبير من معامل قص المادة، مما يتسبب في شقوق دقيقة تنتشر حتى التحلل الكامل للغرسة. أعادت محاكاة العناصر المحدودة إنتاج أنماط الفشل التي لوحظت في التصوير المقطعي المحوسب الدقيق بدقة، مما يؤكد الفرضية.
دروس حول إجهاد المواد في الغرسات الطبية ⚙️
تثبت هذه الحالة أن المحاكاة الميكانيكية الحيوية لا تخدم فقط في التصميم، بل في التحقيق في حالات الفشل الحقيقية. يتيح الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق وبرنامج Abaqus الربط بين البنية المجهرية للمادة واستجابتها الميكانيكية تحت الإجهاد. بالنسبة للصناعة، يتضح أن معدل ترطيب الهيدروجيل يجب التحكم فيه بدقة كمعامل تصنيع. يمكن لتغيير طفيف في امتصاص الماء أن يحول غرسة مبتكرة إلى خطر على المريض.
كيف ترتبط معايير الإجهاد الدوري في الهيدروجيل، المقاسة بواسطة التصوير المقطعي المحوسب الدقيق في الموقع، بتوقعات الفشل الناتج عن الترطيب التي تم الحصول عليها من خلال النموذج التأسيسي في برنامج Abaqus؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)