Modular adaptive bone plate connected by Nitinol staple
Authors: Tarnita D. , Tarnita D. N. , Tarnita Roxana , Berceanu Cosmin , Cismaru Florin 
Published: January 2011

The shape memory alloys exhibit a number of remarkable properties, which open new possibilities in engineering and more specifically in biomedical engineering. The most important alloy used in biomedical applications is NiTi. This alloy combines the characteristics of the shape memory effect and superelasticity with excellent corrosion resistance, wear characteristics, mechanical properties and a good biocompatibility. These properties make it an ideal biological engineering material, especially in orthopaedic surgery. In this work, modular plates for the osteosynthesis of the long bones fractures are presented. The proposed modular plates are realized from modules, completely interchangeable, made from Titanium or Stainless steel materials, having as connecting elements U‐shaped staples made of Nitinol. Using computed tomography (CT) images to provide three‐dimensional geometric details, and SolidWorks CAD software, the virtual models for humerus bone and for modular platesare generated. For numerical simulation we used VisualNastran software. We have obtained the displacements diagram, the von Mises strain diagram and von Mises stress diagram. Using the Rapid Prototyping 3D Zcorp 310 Printer system, we have obtained the prototype for the human humerus bone and for the plate modules. In vitro experiments are realised on the cadaver bones using metallic modular plates. The advantages of the modular plates are presented.

Die Formgedächtnislegierungen weisen eine Reihe von bemerkenswerten Eigenschaften auf, die neue Möglichkeiten in den Ingenieurwissenschaften und insbesondere in der biomedizinischen Technik eröffnen. Die wichtigste in biomedizinischen Anwendungen eingesetzteLegierung besteht aus Titan und Nickel. Diese Legierung vereint die Eigenschaften des Formgedächtnis‐Effektes und Superelastizität mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, mechanische Eigenschaften und eine gute Biokompatibilität. Diese Eigenschaften machen die Legierung zu einem idealen Werkstoff für Bioingenieurwesen, insbesondere in der orthopädischen Chirurgie. In dieser Arbeit werden modulare Platten für die Osteosynthese von Frakturen der langen Röhrenknochen vorgestellt. Die vorgeschlagenen,modulare Platten bestehend aus einzelnen Modulen, die völlig austauschbar sind, werden aus Titan oder Edelstahl Verbindungselementen mit U‐förmigen Klammern aus Nitinolzusammengesetzt. Mit Hilfe von Computertomographiebildern und der CAD‐Software SolidWorkswurden dreidimensionale virtuelle Modelle der Humerus‐Knochen und der modularen Platten erstellt. Für die numerische Simulation wirdVisualNastran Software benutzt. Es wurden Diagrammverschiebungen des von Mises‐Dehnungs‐Diagramms und des von Mises‐Spannungs‐Diagrammsrealisiert. Mit dem Rapid Prototyping 3D Zcorp 310 Printer Systems wurde ein Prototyp für den menschlichenHumerus‐Knochen und für die Plattenmodule erstellt. In vitro‐Experimente mitKadaver‐Knochen durchgeführt. Die Vorteile der modularen Platten werdenin dieser Arbeit vorgestellt.