基于正交试验接骨螺钉参数的生物相容性评价

发布时间：2022-01-10 17:02

　　背景:当前骨科螺钉参数研究多集中于力学性能方面,缺少对其生物相容性的评估。目的:探究接骨螺钉材料属性及几何参数对生物相容性的影响规律,探求各因素及水平的最佳组合,为接骨螺钉的设计提供理论参考。方法:针对接骨螺钉5个因素的3个水平进行正交试验方案设计,因素A为螺钉直径（4.5,5.5,6.5mm）,因素B为螺纹牙型（矩形、梯形、三角形）,因素C为螺钉螺距（1.75,2.25,2.75 mm）,因素D为螺纹深度（0.5,1.0,1.5 mm）,因素E为弹性模量（45,110,200 GPa）,分别对18组不同螺钉参数下的骨-钉三维模型进行生物力学有限元分析,得出各组试验方案下的应力分布情况及2个试验指标值:皮质骨-螺钉之间的应力传递参数STPα,松质骨-螺钉之间的应力传递参数STPβ。利用权矩阵分析方法对正交试验数据进行分析进而得出影响规律及最佳组合。结果与结论:不同因素的不同水平对于生物相容性影响程度不同,其中螺钉材料属性为最主要影响因素,其次是螺纹牙型、螺距和螺纹直径并且三者影响程度相近,而螺纹深度影响最小。正交试验所得最佳组合方案为大径为6.5 mm、梯形螺纹、螺距为2.75 mm、... 

【文章来源】：中国组织工程研究. 2020,24(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

螺纹牙型及装配图

为了研究螺钉及附近骨组织的应力分布，揭示其共同规律，对所建立的18组骨-钉模型进行半剖分，图2展示了第14组梯形螺钉的仿真结果，结果显示整个模型中的应力主要集中于螺钉与皮质骨上，松质骨应力较螺钉及皮质骨低；螺钉上Mises应力集中区域位于皮质骨与松质骨相接触的部位，此处为疲劳断裂高风险点。以图3第14试验组为例进行应力分布特点分析，螺钉的最大Mises应力值为10.57 MPa，而松质骨仅为0.24 MPa，螺钉应力值较松质骨高很多。螺钉的高应力分布区域位于与皮质骨相接触的螺钉头上及螺纹根部且随螺钉植入深度逐渐降低。松质骨上应力呈V字型分布，高应力根部区域位于内螺纹根部，最大应力点位于螺钉底部。

以图3第14试验组为例进行应力分布特点分析，螺钉的最大Mises应力值为10.57 MPa，而松质骨仅为0.24 MPa，螺钉应力值较松质骨高很多。螺钉的高应力分布区域位于与皮质骨相接触的螺钉头上及螺纹根部且随螺钉植入深度逐渐降低。松质骨上应力呈V字型分布，高应力根部区域位于内螺纹根部，最大应力点位于螺钉底部。2.2 试验数据分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]接骨螺钉的失效分析与强度测试[J]. 张克玉,华子恺.  医用生物力学. 2018(03)
[2]不同螺纹形态的圆柱状2D种植体的即刻力学分析[J]. 肖玲,岳云,程文杰,李自刚,李明.  西安科技大学学报. 2017(02)
[3]影响松质骨螺钉固定强度的相关因素[J]. 王江泽,丁真奇.  中国现代医生. 2012(12)
[4]正交试验设计的矩阵分析方法[J]. 周玉珠.  数学的实践与认识. 2009(02)
[5]骨制松质骨螺钉的生物力学性能实验研究[J]. 祝联,崔磊,曹谊林,洪天禄,王以进.  医用生物力学. 2001(02)

硕士论文
[1]骨螺钉稳定性影响因素研究[D]. 周绍波.广东工业大学 2018
[2]基于有限元分析的Mg-Zn-Y-Nd合金骨螺钉的结构优化[D]. 张其美.郑州大学 2017



本文编号：3581073