การจำลองผลของแรงจากเส้นเอ็นในการใช้แผ่นยึดตรึงกระดูกหัวไหล่แตกชิ้นเดียวด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

การแตกหักของกระดูกบริเวณหัวไหล่คิดเป็นประมาณ 14–20% ของการแตกหักทั้งหมด ในผู้สูงอายุซึ่งเป็นกลุ่มที่มีความเสี่ยงสูงต่อภาวะกระดูกพรุน ส่งผลให้การรักษามีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น เนื่องจากกระดูกมีความเปราะบาง และกระบวนการฟื้นฟูช้ากว่าในประชากรวัยหนุ่มสาว โดยทั่วไปวิธีการรักษาที่นิยมคือการตรึงกระดูกด้วยแผ่นโลหะร่วมกับสกรูและซีเมนต์ซึ่งมีหลายรูปแบบให้เลือกใช้งาน งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายหลัก 3 ประการ ได้แก่(1) เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพทางชีวกลศาสตร์ของแผ่นโลหะ PHILOS และแผ่นโลหะ SCEPTER โดยพิจารณาการยึดด้วยสกรู และซีเมนต์ในกรณีกระดูกหัวไหล่ที่แตกชิ้นเดียว (2) เพื่อศึกษาผลของแรงกล้ามเนื้อที่กระทำต่อระบบการตรึงกระดูก โดยใช้แบบจำลองกล้ามเนื้อที่มีคุณสมบัติแบบไม่เชิงเส้น (Hyperelastic) ในการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ และ (3) เพื่อเปรียบเทียบผลของการลดจำนวนสกรูในแผ่นโลหะ SCEPTER กับแผ่นโลหะ PHILOS ที่ใช้จำนวนสกรูตามมาตรฐาน โดยประเมินผลกระทบต่อความแข็งแรง และเสถียรภาพของการตรึงกระดูก ในงานวิจัยนี้ได้ทำการสร้างแบบจำลองกระดูกหัวไหล่ที่แตกชิ้นเดียว และจำลองการยึดตรึงด้วยแผ่นโลหะ PHILOS และ SCEPTER โดยมีการแบ่งแถวของสกรูบนแผ่นโลหะออกเป็น 5 แถว (A–E) และทำการลดแถวสกรูในบางกรณีเพื่อศึกษาผลกระทบต่อความเค้น โครงสร้างถูกจำลองในซอฟต์แวร์Abaqus โดยกำหนดแรงกระทำที่กล้ามเนื้อ supraspinatus และ infraspinatus ขนาด200 N และ 100 N ตามลำดับ ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าแผ่นโลหะ SCEPTER ในกรณีที่ใช้สกรูเต็มระบบสามารถลดความเค้นในสกรูได้มากกว่าแผ่นโลหะ PHILOS (381.7 MPa เทียบกับ 517.2 MPa) โดยที่ความเค้นในแผ่นโลหะยังอยู่ในระดับใกล้เคียงกัน (234.6 MPa เทียบกับ 237.7 MPa) อย่างไรก็ตาม เมื่อทำการลดจำนวนสกรูในแผ่น SCEPTER ลง 2 แถว ความเค้นในสกรูเพิ่มสูงถึง 699.7 MPa ซึ่งเกินค่าความเค้นครากของวัสดุ(Yield Strength = 690 MPa) แม้ว่าความเค้นในแผ่นโลหะจะยังคงต่ำอยู่ (191.1 MPa) จากผลการศึกษานี้สามารถสรุปได้ว่าการเลือกใช้แผ่นโลหะ SCEPTER มีศักยภาพในการลดแรงกระทำที่สกรูและอาจเป็นทางเลือกที่มีน้ำหนักเบาและต้นทุนต่ำกว่า แต่ต้องมีการควบคุมจำนวน และตำแหน่งของสกรูอย่างเหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของการตรึงกระดูก