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动力髋螺钉取出后填充多孔羟基磷灰石陶瓷钉棒的三维有限元分析

发布时间:2019-05-20 05:03
【摘要】:目的探讨动力髋螺钉取出后,在股骨残留钉道内植入多孔羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)陶瓷钉棒对于改善股骨力学性质的有效性研究。方法选取1名健康成年男性志愿者并行股骨CT扫描,利用CT数据建立正常股骨三维有限元模型,并在此基础上分别建立未填充钉棒股骨模型、填充多孔HA陶瓷钉棒股骨模型。根据填充多孔HA陶瓷的表观弹性模量和孔隙率的不同,将填充孔隙率为80%、表观弹性模量为0.1 GPa的多孔HA陶瓷设为A组;填充孔隙率为50%、表观弹性模量为1.0 GPa的多孔HA陶瓷设为B组;填充孔隙率为30%、表观弹性模量为1.5 GPa的多孔HA陶瓷设为C组。将成人步态周期中关节承载处于峰值时刻作为边界条件,记录Von Mises应力分布及应力峰值。结果正常股骨模型最大应力出现在股骨近端关节承重处,股骨干应力分布均匀,未出现应力集中现象。未填充钉棒股骨模型最大应力出现在远端钉道周围的骨皮质处,出现了明显的应力集中现象。B组多孔HA陶瓷植入的股骨模型其应力分布与正常股骨模型应力分布最为接近,最大应力出现在关节承重处;A、C组多孔HA陶瓷模型中均出现了不同程度的应力集中现象。结论在取出动力髋螺钉的股骨缺损处填充多孔HA陶瓷钉棒能明显改善股骨力学性质,其中孔隙率50%、表观弹性模量1.0 GPa的多孔HA陶瓷钉棒最适合作为股骨的填充钉。
[Abstract]:Objective to investigate the effectiveness of porous hydroxyapatite (hydroxyapatite,HA) ceramic nail rod in improving the mechanical properties of the femur after the dynamic hip screw was removed. Methods A healthy adult male volunteer was scanned with CT. The three-dimensional finite element model of normal femurs was established by using CT data. On this basis, the unfilled nail rod femurs model and porous HA ceramic nail rod femurs model were established respectively. According to the difference of apparent elastic modulus and porosity of porous HA ceramics, the porous HA ceramics with filling porosity of 80% and apparent elastic modulus of 0.1 GPa were set as group A. The porous HA ceramics with filling porosity of 50% and apparent elastic modulus of 1.0 GPa were set as group B, and the porous HA ceramics with filling porosity of 30% and apparent elastic modulus of 1.5 GPa were set as group C. Taking the peak time of joint load in adult gait cycle as the boundary condition, the stress distribution and stress peak value of Von Mises are recorded. Results the maximum stress of the normal model appeared at the load-bearing part of the proximal joint of the femur. the stress distribution of the shaft of the thigh was uniform and there was no stress concentration. The maximum stress of the unfilled nail rod model appeared in the bone cortex around the distal nail canal, and there was obvious stress concentration phenomenon. The stress distribution of the porous HA ceramic implantation model in group B was the closest to that of the normal thigh model. The maximum stress appears at the joint load bearing place. A, there are different degrees of stress concentration in group C porous HA ceramic model. Conclusion filling porous HA ceramic nail rod with dynamic hip screw can significantly improve the mechanical properties of femur. the porous HA ceramic nail rod with porosity of 50% and apparent elastic modulus of 1.0 GPa is the most suitable filling nail for femur.
【作者单位】: 电子科技大学医学院;四川省人民医院·电子科技大学附属医院骨科;成都中医药大学解剖教研室;四川省人民医院.电子科技大学附属医院骨科;四川大学生物材料工程研究中心;西南医科大学临床医学院;遵义医学院临床医学院;
【基金】:国家科技支撑计划课题资助项目(2012BAI17B01) 国家自然科学基金重大项目(81190131)~~
【分类号】:R687.3

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