Исследовано влияние рентгена на углеродные стержни при лечении переломов

Исследовано влияние рентгена на углеродные стержни при лечении переломов

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) впервые исследовали влияние рентгена на углерод-углеродные композитные стержни, которые используют при лечении переломов. Исследователи пришли к выводу, что даже при мощном облучении этот материал не теряет своей прочности, рассказали ТАСС в пресс-службе вуза.

"Раньше углерод-углеродные композиты применяли в других медицинских изделиях, которые не подвержены большим нагрузкам и частому рентген-контролю. В качестве же стержней аппаратов внешней фиксации его не использовали, поскольку не было изучено, как он поведет себя под весом пациента и при многократном облучении. Исследование ученых ПНИПУ показало, что материал прочен и выдерживает облучение, сохраняя 88-94% свойств даже после экстремальных доз рентгена", - рассказали в университете.

По словам ученых, чтобы восстановить целостность кости и вернуть человеку подвижность, хирурги традиционно используют металлические конструкции: пластины, кольца, стержни и спицы. Они выполняют роль внешнего каркаса, который прочно удерживает костные отломки в правильном положении, пока идет процесс сращения. В настоящее время для этого чаще всего используют изделия из нержавеющей стали - прочного и надежного материала, однако полностью непрозрачного для рентгена. Чтобы обойти это ограничение, медики стали использовать синтетические полимеры или углеродные композиционные материалы. Они радиопрозрачны и биосовместимы, но под действием многократного рентгеновского облучения некоторые из них со временем могут стать хрупкими и потерять несущую способность. Поэтому ученые Пермского политеха впервые испытали углерод-углеродный композит, используемый при производстве рентгенопрозрачных имплантов, и доказали, что материал сочетает в себе высокие механические свойства и сохраняет прочность даже после многочисленных контрольных рентген-снимков.

Испытания материала

Ученые проводили испытания на цилиндрических образцах из углерод-углеродного композита диаметром 4 мм подобные реальным стержням аппаратов наружной фиксации, которые накладывают на сломанную конечность, чтобы зафиксировать кость в правильном положении. Ранее для этих целей рентгенопрозрачные композиционные материалы не применяли. Образцы разделили на четыре группы, три из них подвергли гамма-облучению кобальтом-60 радиационной дозой 5, 10 и 15 Мрад, а оставшаяся часть осталась необлученной для контроля. Как пояснил кандидат технических наук, доцент, заведующий учебной лабораторией "Функциональной диагностики и прототипирования" кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Александр Сотин, 15 Мрад - это доза, значительно превышающая ту, что пациент получает за один рентгеновский снимок. Даже за весь курс лечения при самом частом контроле суммарная нагрузка не достигает и одного процента от экспериментальной.

Для анализа влияния радиации на углеродный композиционный материал образцы растягивали, сжимали и сгибали до тех пор, пока они не ломались. Это позволило оценить влияние облучения на материал в условиях, приближенных к реальной эксплуатации. Образцы противостояли нагрузке более 170 МПа. Это равносильно тому, как если бы на спичечную головку давила гиря весом 17 кг.

"Результаты показали, что углеродный композит не теряет прочности даже после мощного облучения (15 Мрад). Когда материал тянули или гнули, его свойства изменились всего на 6-7%. Для пациента это значит, что даже многократные рентгенологические исследования - будь то рентген или КТ - никак не скажутся на надежности импланта", - рассказал доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат технических наук Владимир Онискив.

Как отметили в университете, исследование подтвердило пригодность углерод-углеродного композита для использования в аппаратах внешней фиксации. Даже экстремальное облучение не повлияет на материал, он выдержит вес пациента без риска разрушения. При этом углепластик полностью прозрачен для рентгена, что позволит врачу четко видеть зону перелома без помех и искажений