آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

جمع‌بندی حاصل از انجام پایان نامه ارشد مهندسی پزشکی حاضر

امروزه جراحی قلب باز به یک عمل کاملاً رایج در سراسر جهان تبدیل‌شده است. شکافتن و باز کردن جناغ سینه معمول ترین روش دسترسی به قلب و فضای قفسه سینه در حین عمل جراحی قلب باز است که سالیانه حدود 6460000 عمل باز شدن جناغ سینه، به تنهایی در ایالات متحده آمریکا صورت می‌گیرد درحالی‌که برای کشور چین در حدود 500000 مورد می‌باشد. عوارض این روش بعد از جراحی قلب باز در حدود  0.7% تا 1.5% همه موارد می‌باشد که در صورت بروز، میزان مرگ‌ومیر بالایی دارد. 
     بیش از نیم‌قرن، سیم‌های فولادی به‌طور عمده برای بستن قفسه سینه بعد از جراحی قلب پس از استرنوتومی میانی مورداستفاده قرار می‌گرفتند. اکنون، روش های تثبیت به‌طور چشمگیری تغییر کرده است. زمان انجام جراحی، مدت زمان بیهوشی، تهاجم و ضرر کمتر شده و تجویز دارو هدف مند تر شده است. این نتایج در بیمارانی که به‌طور قابل توجه پیرتر و حادتر، همراه با بیماری‌هایی که سلامتی را محدود می‌کند و تأثیر حیاتی بر زخم و بهبود استخوان جناغ دارد، نشان داده‌شده است.
     اگرچه انواع مختلفی از سیستم های بستن و تثبیت در دو دهه گذشته معرفی شده اند، هیچ کدام نمی توانند از نظر عملکرد و قیمت کاملاً جایگزین سیم ها شوند. باز شدن استرنوم، عفونت زخم، مدیاستینیت، برش خوردن جناغ و جوش نخوردن دونیمه جناغ، مشکلات حل نشدنی است که در 3 تا 5 درصد بیماران درمان شده، رخ می‌دهند.
     با بررسی روش‌های معمول و رایج بستن استرنوم که مهمترین این روش‌ها شامل استفاده از سیم‌های فولادی ضد زنگ، صغحات تثبیت کننده ی صلب، روش های استرنوم باند و سیستم مشهور زیپ فیکس می‌باشد، و با توجه به مواردی همچون خستگی، شکستگی، خرابی، برش و گسیختگی استخوان، ثبات یا بی ثباتی در تثبیت، تأثیر بر جراحی و درد های پس از استرنوتومی، عفونت‌ها و بهبود وضعیت بیماران، اندازه و سایز سیستم‌ها، سرعت اجرا و نصب، وسایل و تجهیزات مورد نیاز برای استفاده و قیمت که از مهمترین پارامترهای مؤثر و لازم در طراحی این سیستم‌ها می‌باشد، مشخص شد که سیستم جدید؛ زیپ فیکس شرکت سینتز، ازلحاظ موارد گفته شده بیشتر موردتوجه جراحان بوده و به خاطر نوع مواد استفاده‌شده از مزایای بیشتری بهره برده است. 
     سیستم زیپ فیکس منحصراً از پیک ساخته‌شده است، که بعنوان ماده ترموپلاستیک با عملکرد بالا برای بسیاری از صنایع، از قبیل دستگاه های پزشکی ظاهر شده است. ماده پیک مشخصه های عالی استحکام مکانیکی، زیست سازگاری و مقاومت در تخریب داخل بدنی؛ شامل آسیب چربی، از خود نشان داده است.
     آزمایشات ابتدایی توسط شرکت تولید کننده زیپ فیکس؛ شرکت سینتز، استحکام خستگی برتر سیستم تثبیت زیپ فیکس در مقایسه با سیم‌های فولاد زنگ نزن را نشان داد. بعلاوه، بعلت سطح تماس بزرگ زیپ فیکس با استخوان، که نتیجه آن توزیع تنش یکنواحت است، استخوان جناغ تحمل نیروی بیشتر در برابر برش استخوان را دارد. یک روش مشابه، توسط استرنوم باند ارایه شده است. در مقایسه باسیم ها، این باندهای فولادی نه تنها تثبیت مؤثر ارائه می‌دهد، بلکه کاهش در شدت درد و طول درمان بعد از عمل و بستری در بیمارستان را نیز نشان می‌دهد. مزایای استفاده از زیپ فیکس  نسبت به استرنوم باند، آسان بودن و سرعت جایگذاری و تنش قابل تکرار N200 برای هر زیپ فیکس می‌باشد. در موارد اضطراری، زیپ فیکس به‌راحتی با قیچی بریده می‌شود. ماده پیک نسبت به سیم فولادی نرم و کاملاً سازگار با استخوان است. بعلاوه، نبودِ لبه های تیز کمتر به پریوستیوم آسیب می رساند. بنابراین، تمامی چهار قاعده کلیدی که توسط AO تدوین شده است، در این دستگاه رعایت شده است. هزینه‌های سیستم زیپ فیکس، اکنون، در حدود 5 تا 8 بار گران‌تر از سیم‌های معمولی است. 
     تامین هزینه ها تأثیر قابل توجهی بر سیستم‌های تضمین سلامت باقی می گذارد. با توجه به گران بودن ماده پیک و اینکه واردات این ماده برای کشور عزیزمان ایران، تحریم می‌باشد در این پژوهش سعی بر آن شده است که با حفظ شرایط کلی سیستم زیپ فیکس، با انجام مدل‌سازی و بررسی نتایج، جایگزین مناسبی برای ماده پیک پیشنهاد گردد. بر اساس پژوهش های انجام‌شده توسط نگارنده این مستند، یکی از بهترین موادی که می‌تواند جایگزین ماده پیک گردد، ماده زیست سازگار و پلیمرِمهندسی نسبتا ارزانِ پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار سنگین می‌باشد. ماده پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار سنگین، با حفظ تمام شرایط ماده پیک، به‌جز استحکام مکانیکی، ارزان‌تر و در دستری تر می‌باشد که برای رفع مشکل استحکام مکانیکی، سطح مقطع زیپ فیکس از جنس پلی اتیلن را می-توان بدون تغییر در عرض آن، 3 برابر سطح مقطع مدل شرکت سینتز، در نظر گرفت.
     در انجام پایان نامه ارشد مهندسی پزشکی حاضر با استفاده از مدل‌سازی المان محدود، به بررسی و تحلیل بیومکانیکی روش زیپ-فیکس با دو ماده متفاوت (PEEK و UHMWPE) و همچنین هندسه جدید، پرداخته‌شده است. برای مدل سازی ماده پیک از هندسه موجود در بازار استفاده شده است که طرح پیک نامیده می شود. برای مدل سازی زیپ فیکس با ماده پلی اتیلن، دو طراحی متفاوت در نظر گرفته شده است. در طرح اول برای ماده پلی اتیلن که به اختصار طرح پلی اتیلن (UHMWPE) نامیده می شود ضخامت زیپ فیکس 3 میلی متر و عرض آن 4.2 میلی متر می باشد (شكل ‏4‌.‌‌21.الف)، که در این طرح سعی شده است سطح تماس زیپ فیکس با استخوان همانند ماده پیک باشد. در طرح دوم که به اختصار طرح پلی اتیلن با طراحی جدید (UHMWPE-NewDesign) نامیده می شود و در شكل ‏4‌.‌‌21.ب نشان داده شده، سطح مقطع زیپ فیکس نسبت به حالت طرح پلی اتیلن، ثابت مانده است در حالی که ارتفاع آن در قسمت روی جناغ سینه برابر با 1.2 میلی متر می باشد.   
    از تصاویر سی‌تی‌اسکن برای ایجاد مدل سه‌بعدی جناغ سینه استفاده شد. برای مدل‌سازی دو مرحله در نظر گرفته شد. در مرحله اول نحوه بستن زیپ فیکس با اعمال جابجایی به دو انتهای زیپ-فیکس مدل‌سازی شد و نیروی بستن زیپ فیکس ها در این مرحله تقریباً برابر با N 200 بود که این نیرو نیز توسط شرکت سینتز پیشنهاد شده بود. در مرحله دوم با اعمال نیروی کشش برابر با N 1400، نیروی ناشی از اعمال فیزیولوژیک مانند سرفه و تنفس مدل‌سازی گردید. با توجه به نتایجی مانند بیشینه تنش وان میسس برای استخوان جناغ و زیپ فیکس، مقدار فاصله ایجاد شده بین دونیمه جناغ، تنش فشاری تماسی در سطح برش و کرنش اصلی ماکزیمم برای زیپ فیکس ها، مشخص شد که UHMWPE، جایگزین بسیار مناسبی برای PEEK در ساخت سیستم زیپ فیکس خواهد بود که بسیار ارزان تر بوده که با توجه به هندسه جدید، از نظر اندازه مشکلی نداشته و به‌راحتی در داخل کشور، قابل‌تولید خواهد بود. سیستم جدید علاوه بر تامین عملکرد زیپ فیکس قدیم،کاهش هزینه در بیمارستان را هم ازلحاظ هزینه سیستم و هم ازلحاظ زمانبندی عمل جراحی در نظر گرفته است.

پیشنهاد‌های حاصل از انجام پایان نامه ارشد مهندسی پزشکی حاضر

به‌منظور تکمیل و دقیق تر کردن مدل المان محدود می توان مواردی که در زیر به آن‌ها اشاره شده است در مدل اعمال کرد:
1-    برای بهتر کردن مدل استخوان جناغ می توان لایه‌های مختلف آن را در نظر گرفت.
2-    برای توصیف بهتر خواص مکانیکیِ مواد به کاربرده شده در زیپ فیکس، می توان از مدل های دقیق تر مواد استفاده‌شده که در پژوهش های جدید بیان شده اند، استفاده کرد و تأثیر خزش و ریلکسیشن را در ماده استفاده‌شده بررسی کرد.
3-    برای تحلیل دقیق تر از روش های اعمال بار دینامیک نیز می توان استفاده کرد.
4-    تأثیر همزمان نیروی کشش و نیروی برشی بر روی مدل را می توان بررسی نمود.
    در این پژوهش تنها از ماده پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار سنگبن به جای پیک استفاده شد که پیشنهاد می گردد سایر مواد زیست سازگار که رفتار مکانیکی شبیه پیک و پلی‌اتیلن را دارند، مدل‌سازی شوند. 
    برای بررسی دقیق تر نتایج به‌دست‌آمده تحلیل آزمایشگاهی انجام شود.
    علاوه بر موارد ذکرشده، پیشنهاد می‌شود که تحلیل مکانیکی بر روی قفل زیپ فیکس ها نیز انجام شود.
همچنین برای تثبیت بهتر و کاهش فاصله ایجاد شده در مرحله اعمال نیروی کشش، طراحی جدید انجام شود تا بتوان فاصله ایجاد شده در قسمت فوقانی و تحتانی جناغ را نیز کاهش داد.