Please wait ...
0% Complete
فارسی
Home
/
سی و دومین کنفرانس ملی و دهمین کنفرانس بین المللی مهندسی زیست پزشکی ایران
Functionally Graded Material Vertebroplasty Screws: A Finite Element Biomechanical Study
Authors :
Maryam Rahimi
1
Mohammad Hosein Zadeh-Posti
2
َAisan Rafiei
3
Nima Jamshidi
4
1- University of Isfahan
2- University of Guilan
3- Iran University Of Science & Technology
4- University of Isfahan
Keywords :
vertebroplasty،functionally graded materials،finite element analysis،hydroxyapatite،biomechanical compatibility
Abstract :
Vertebroplasty is a minimally invasive treatment for osteoporotic vertebral compression fractures (VCFs), yet conventional titanium screws often induce stress shielding and poor load transfer. This study evaluates the biomechanical performance of a novel functionally graded material (FGM) vertebroplasty screw—comprising a Ti-6Al-4V core and hydroxyapatite (HAP) outer layer—using finite element analysis (FEA. A 3D model of the L2 vertebra was reconstructed from CT data and meshed with over 250,000 elements. Two screw types (homogeneous titanium vs. FGM) were simulated under a 300 N axial load. The FGM screw’s radial stiffness gradient was defined by a power-law distribution and implemented via a UMAT subroutine in ABAQUS. Results showed a 14% reduction in peak von Mises stress (12.19 MPa vs. 10.45 MPa) and a 32% decrease in maximum elastic micro-strain (179.9 vs. 121.5) in the FGM screw. Cortical bone stress remained constant (52.20 MPa), while cancellous bone displacement decreased by 36% in the anteroposterior direction (0.02671 mm vs. 0.01702 mm), indicating improved primary stability. Displacement differences between screw types were negligible (<0.00008 mm across all axes), confirming construct integrity. Validation against prior studies showed <10% deviation in stress metrics. The FGM design redistributed internal loads, reduced stress concentrations, and enhanced biomechanical compatibility without compromising cortical integrity. These findings support the potential of graded screws to improve vertebroplasty outcomes by minimizing implant loosening and promoting osseointegration.
Papers List
List of archived papers
ارائه مدل رتبه بندی مشتریان اعتباری بانکی با استفاده از داده کاوی و منطق فازی :مطالعه موردی بانک خصوصی در ایران
محمد صالح کتابی
واحد میکروپلاسما قابلحمل برای بازیافت ضایعات نفتی و تولید انرژی
سید جواد روده چی تبریزی - ثمر گلدوز
نقش ارزیابی عملکرد در مدیریت صحیح منابع انسانی (با تاکید بر نقش مدیران میانی)
محمد خدایی قلقاچی
Plasma Electrolytic Oxidation-Derived HAp–Ta₂O₅ Coatings on Ti6Al4V for Biomedical Applications
Milad Hosseini - Jafar Khalil allafi - Mir saman Safavi
A brief review of the applications of stem and mesenchymal cell-derived exosomes for targeted therapy and cancer drug resistance
Laleh Etemad-Ghazani - Zahra Etemadi - Reza Pashaei
هوش مصنوعی و تحول مدیریت استعداد: گذر از رویکرد های سنتی به عصر تکنولوژی
مهسا کریمی دستنائی - مهدی ندری
کاربرد هوش مصنوعی در صنعت گردشگری ایران
سید عبدالحمید حسینی - نادیا السادات حسینی
مروری بر ارتباط بهره وری نیروی انسانی و سرمایه و سیاست تقسیم سود شرکتها
لیلی روح بخش
امنیت در سیستمهای توزیعشده: مقایسه رایانش ابری با فناوریهای سنتی و راهکارهای هوشمند مقابله با تهدیدات نوظهور
بهنام محمدلو - امین بابازاده سنگر
Comparative Analysis of Machine Learning and Deep Learning Models for Epileptic Seizure Detection Using the CHB-MIT EEG Dataset
Pouya Taghipour Langrodi - Amirsadra Khodadadi - Mahtab Dastranj - Golnaz Baghdadi
more
Samin Hamayesh - Version 44.7.0