Optimizing bone screw insertion: The impact of pre-drilling diameter, bone quality, and spindle speed on mechanical stability and thermal dynamics in synthetic models

钻探 材料科学 质量(理念) 热的 热稳定性 理论(学习稳定性) 动力学(音乐) 机械工程 计算机科学 工程类 冶金 物理 声学 化学工程 量子力学 机器学习 气象学
作者
Jing Zhao,Ziyang Zhang,Xiaojie Wu,Zhijun Zhang,Zhongwen Li,Sinan Liu
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science [SAGE Publishing]
卷期号:239 (11): 3904-3920
标识
DOI:10.1177/09544062251318099
摘要

In orthopedic surgery, proper bone screw fixation is paramount to ensure patient recovery. However, complications like screw loosening, bone fracture, or poor fixation can arise from inappropriate insertion protocols. This study aims to determine the optimal pre-drilling diameter for secure screw fixation while minimizing thermal damage and mechanical failure in orthopedic procedures. Through comprehensive experimentation on synthetic bone coupons simulating normal and osteoporotic bones, we investigated the influence of pre-drilling diameter, bone density, and insertion velocity on bone screw fixation. A study measured temperature at the insertion site, insertion torque, and pull-out strength. Our study found that the pre-drilling diameter is pivotally important to the thermal dynamics and mechanical stability of screw insertion. Smaller diameters in synthetic bone coupons generate higher temperatures due to increased friction and diminished heat dissipation, exacerbated by higher spindle speeds. Bone screw insertion torque displays a predictable three-phase behavior, reaching peak levels at cortical engagement and reducing in cancellous bone. Additionally, smaller hole diameters necessitate increased torque during insertion. Pull-out tests demonstrated that screws placed in smaller pre-drilled holes bear more robust fixation. However, smaller diameters also resulted in potential synthetic bone surface damage during extraction. This study emphasizes the critical nature of optimizing pre-drilling diameter to achieve a successful balance between secure screw fixation and low insertion torque. Accommodating the variable bone qualities and operational conditions are essential to minimize the risk of thermal damage and mechanical failure. Future clinical guidelines derived from these findings could lead to enhanced patient outcomes after orthopedic procedures requiring bone screws.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
嘟嘟杜完成签到 ,获得积分10
刚刚
天天快乐应助科研通管家采纳,获得10
2秒前
BA1完成签到 ,获得积分0
6秒前
Kelly完成签到,获得积分10
6秒前
bae完成签到 ,获得积分10
8秒前
Serein完成签到,获得积分10
9秒前
芝士大王完成签到 ,获得积分10
15秒前
怼怼完成签到 ,获得积分10
16秒前
橙橙完成签到 ,获得积分10
28秒前
percy完成签到 ,获得积分10
29秒前
MRJJJJ完成签到,获得积分0
32秒前
纯真的梦竹完成签到,获得积分10
40秒前
又又完成签到,获得积分0
40秒前
科研牛马完成签到 ,获得积分10
41秒前
黑大侠完成签到 ,获得积分10
44秒前
笨笨忘幽完成签到,获得积分0
47秒前
合适铅笔完成签到 ,获得积分10
50秒前
CLTTT完成签到,获得积分0
56秒前
cjq完成签到 ,获得积分10
56秒前
辣椒小皇纸完成签到,获得积分10
57秒前
hxc发布了新的文献求助10
1分钟前
turnsole完成签到,获得积分20
1分钟前
MADAO完成签到 ,获得积分10
1分钟前
hxc完成签到,获得积分10
1分钟前
忧心的藏鸟完成签到 ,获得积分10
1分钟前
整齐百褶裙完成签到 ,获得积分20
1分钟前
小新完成签到 ,获得积分10
1分钟前
长安的荔枝完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
打你完成签到,获得积分10
1分钟前
gmm发布了新的文献求助10
1分钟前
肥嘟嘟左卫门完成签到,获得积分10
1分钟前
韩钰小宝完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科研通AI6.2应助gmm采纳,获得10
1分钟前
跳跃的鹏飞完成签到 ,获得积分0
1分钟前
辣椒完成签到,获得积分10
1分钟前
2分钟前
Copyright应助科研通管家采纳,获得10
2分钟前
Leo完成签到 ,获得积分10
2分钟前
zhangxasq完成签到,获得积分10
2分钟前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
The recovery-stress questionnaires : user manual 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7257680
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8879569
关于积分的说明 18757426
捐赠科研通 6938034
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3201146
关于科研通互助平台的介绍 2375227
邀请新用户注册赠送积分活动 2176952