 |
Ученые ПНИПУ впервые проверили, как рентген влияет на углеродные стержни при лечении переломов
Ученые Пермского Политеха впервые испытали углерод-углеродный композит для рентгенопрозрачных имплантов. Материал прочен и выдерживает облучение, сохраняя 88–94% свойств даже после экстремальных доз рентгена.
Статья опубликована в «Polymer Science».
Тысячи пациентов в России и мире ежегодно сталкиваются с тяжелыми переломами костей скелета. 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 долгий процесс сращения.
Сегодня для этого чаще всего используют изделия из нержавеющей стали – материала, зарекомендовавшего себя благодаря своей прочности и надежности. Однако у них есть фундаментальный недостаток – они полностью непрозрачны для рентгена.
На снимках и компьютерных томограммах (КТ) металлические конструкции создают сильные помехи, которые в медицине называют артефактами. Это яркие размытые тени, которые «засвечивают» самую важную область – место перелома. При том, что за время лечения пациент проходит несколько контрольных рентгеновских исследований, хирург вынужден буквально заглядывать за этот «слепящий» экран, рискуя пропустить смещение костных фрагментов или проблемы со сращением.
Чтобы обойти это ограничение, медики и ученые ищут альтернативные подходы, но каждый из них имеет свои серьезные ограничения, требующие проведения дополнительных исследований. Например, синтетические полимеры или углеродные композиционные материалы. Они радиопрозрачны и биосовместимы, однако под действием многократного рентгеновского облучения некоторые из них со временем могут стать хрупкими и потерять несущую способность.
Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха впервые испытали углерод-углеродный композит, используемый при производстве «рентгенопрозрачных» имплантов, и доказали, что данный материал сочетает высокие механические свойства и сохраняет свою прочность даже после многочисленных контрольных рентген-снимков.
Испытания проводили на цилиндрических образцах из углерод-углеродного композита диаметром 4 мм, которые подобны реальным стержням аппаратов наружной фиксации – такие конструкции накладывают на сломанную руку или ногу, 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. Оставшаяся часть осталась необлученной для контроля, – рассказал Александр Сотин, кандидат технических наук, доцент, заведующий учебной лабораторией «Функциональной диагностики и прототипирования» кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ.
Для понимания, 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. Ученые намеренно создали такие условия, чтобы проверить прочность материала с большим запасом.
Для анализа влияния радиации на углеродный композиционный материал провели три вида механических испытаний. 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.
– 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, – прокомментировал Владимир Онискив, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Чтобы было понятнее, образцы противостояли нагрузке более 170 МПа. Представьте, что на спичечную головку давит гиря весом 17 кг – примерно такое давление выдержали стержни из углеродного композита.
Таким образом, незначительное падение прочности во всех режимах испытаний подтверждает, что углерод-углеродный композит пригоден для использования в аппаратах внешней фиксации. Даже после экстремальных доз облучения материал сохраняет от 88 до 94% исходных показателей и этого запаса достаточно, чтобы выдерживать вес пациента без риска разрушения. При этом углепластик полностью прозрачен для рентгена: так что врач увидит зону перелома без помех и искажений.
Следовательно, исследование пермских ученых открывает дорогу к безопасному использованию медицинских изделий нового поколения: стержней для ортопедических аппаратов (конструкций для внешней фиксации), что в будущем позволит повысить качество лечения и сократить сроки реабилитации.
Контактное лицо: Фазлетдинова Эллина Руслановна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 22:41, 05.03.2026
Количество просмотров: 18
Страна: Россия
| В 2026 году клещи проснутся раньше обычного: ученые Пермского Политеха поделились фактами, которые важно знать об этих членистоногих, ПНИПУ, 23:04, 05.03.2026, Россия |
41 |
| В этом году клещи проснутся раньше обыкновенного. Ученые ПНИПУ рассказали, почему так происходит, с какими опасными их видами можно столкнуться, какие болезни они переносят, как состав слюны помогает им долго удерживаться на жертве, чем опасен укус не зараженного существа и не поздно ли поставить прививку. |
|
| Раз в 10 лет: ученый Пермского Политеха рассказал о «Поцелуе Венеры», ПНИПУ, 22:54, 05.03.2026, Россия |
18 |
| Вечером 7 и 8 марта жители России станут свидетелями редкой небесной встречи – Венера, Сатурн и Нептун сойдутся на вечернем небе воедино. Эксперт ПНИПУ объясняет, почему этот «поцелуй» планет называют прощальным, где именно искать три звезды на горизонте и кому из россиян повезет увидеть их. |
|
| Ученые Пермского Политеха развеяли миф о весеннем авитаминозе, ПНИПУ, 22:51, 05.03.2026, Россия |
17 |
| Весной многие жалуются на слабость и ломкие волосы, считая это «авитаминозом», хотя настоящая причина кроется совсем в другом. Ученые Пермского Политеха рассказали, откуда взялся этот миф, чем гиповитаминоз отличается от авитаминоза и почему заботиться о себе нужно круглый год. |
|
| Кошатники эмпатичнее собачников: ученые Пермского Политеха поделились 10 необычными фактами о кошках, ПНИПУ, 22:02, 02.03.2026, Россия |
36 |
| 1 марта в нашей стране отмечается День кошек. Ученые ПНИПУ рассказали, как они появились в России, из-за какого гена самки чаще всего пятнистые, а самцы рыжие, как эти животные предотвращают развитие аллергии, астмы, лечат СДВГ, аутизм и депрессию и в чем сходство кошек с магнитной терапией. |
|
|
|
