Document

Quantitative analysis of force and torque in bone drilling.

Author
Contributors
Muhammad, R., Author
Ahmed, N., Author
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2017
Language
English
English abstract
Bone drilling is an important and the most frequent operation in orthopaedics and other bone surgical procedures. Prediction and control of drilling force and torque are critical to safe and efficient surgeries. This paper studies the drilling force and torque arising from bone drilling process. Drilling parameters such as drilling speed, feed rate, drill size and drill condition (sharp and worn) were changed to measure the force and torque in the direction of the drill penetration. Experimental results demonstrated lower drilling force using a sharp drill compared to a worn drill for similar drilling conditions. Contrary to the drilling force, lower torque was measured using a worn drill compared to a sharp drill. The drilling force was found to decrease with increase in drill speed and increased with rise in the feed rate using both types of drills. A linear drop in drilling torque was measured with increase in drilling speed. This study provided scientific information to orthopaedic surgeons and technicians to use appropriate surgical drill and cutting parameters to avoid overstressing of the bone tissue and drill breakage during drilling operations.
Member of
ISSN
1726-6742
Citation
Alam, K., Muhammad, R., Shamsuzzoha, A., Al-Yahmadi, A., & Ahmed, N. (2017). Quantitative analysis of force and torque in bone drilling. The Journal of Engineering Research, 14 (1), 39-48.
Arabic abstract
الحفر في العظام ظاهرة تستحق الدراسة لأهميتها ولكونها مصاحبة لعمليات تقويم العظام وغيرها من العمليات الجراحية التي تتطلب التعامل مع العظام. ويعتبر التوقع والتحكم بالقوة والعزم أثناء الحفر مهما لإجراء هذه العمليات بكفاءة وسلامة. هذه المقالة تعنى بدراسة القوة والعزم المصاحبين لعملية الحفر في العظام. المتغيرات الوسيطة المعرفة لعملية الحفر مثل سرعة الحفر، سرعة التغذية، سعة الحفر وحالة المثقاب (من حيث كونه حاد أو مهترئ) تم التحكم بها مع قياس القوة والعزم في اتجاه الاختراق أو التغلغل. نتائج التجارب أظهرت أن قوة أقل نتجت عن استخدام مثقاب حفر حاد مقارنة بمثقاب حفر مهترئ. بينما العزم اللازم للحفر أظهر علاقة معاكسة، حيث كان العزم أقل في حالة المثقاب المهترئ. قوة الحفر انخفضت مع زيادة سرعة الحفر وارتفعت مع زيادة سرعة التغذية. بينما انخفض العزم خطيا مع زيادة السرعة. نتائج هذه الدراسة يمكن الاستئناس بها من قبل جراحي العظام والمهندسين لحسن استخدام مثقاب الحفر لتجنب الإفراط في إجهاد أنسجة العظام ولتجنب كسر أدوات الحفر.
Category
Journal articles