可降解AZ31镁合金接骨板固定股骨骨折的实验研究和数值模拟

发布时间：2019-11-24 04:22

【摘要】：当前骨科临床上常用的骨折内固定修复材料多为不锈钢、钛合金等,其弹性模量远大于人骨,用镁合金修复骨折有降低骨折愈合后期应力遮挡效应和免除患者二次手术痛苦的优点。本研究筛选总体性能较好的镁合金AZ31,设计制备镁合金接骨板、接骨钉,进行镁合金降解实验和镁合金与钛合金接骨板固定股骨中段骨折的电测实验和数值模拟,并以LC-DCP十孔镁合金接骨板为例进行骨愈合数值模拟,研究镁合金材料在不同力学环境下的降解规律以及镁合金材料与钛合金材料在骨生物力学应用领域的差异。主要研究内容如下:(1)阐述医用镁合金的国内外研究现状,提出对医用镁合金研究的必要性;阐述骨生物力学的研究现状,为课题研究提供研究思路和理论支持。(2)设计镁合金螺钉降解实验,研究不同压强下镁合金螺钉的降解规律;设计镁合金接骨板接骨钉固定新鲜羊胫骨的降解实验,研究不同轴向加载情况下,镁合金接骨板接骨钉的降解规律。结果表明,力学环境对镁合金的降解速率产生影响。(3)设计电测实验研究镁合金材料与钛合金材料固定股骨中断骨折的力学性能差异,选取人工骨与防腐股骨为研究对象,贯穿骨愈合模拟的三个阶段(断裂时期、愈合前期及愈合后期)研究两种材料的力学性能差异。结果表明,随着骨折逐渐愈合,接骨板所受应力逐渐下降,而股骨干所受的应力逐渐增加,股骨侧一般承受压应变,接骨板侧一般承受拉应变,镁合金材料与钛合金材料具有比较相似的力学性能。(4)进行与电测实验相对应的数值模拟,主要分析对比两种材料固定股骨中断骨折系统各部分的的应力分布,并与电测实验结果进行对比,总结镁合金材料与钛合金材料在骨愈合各个阶段的力学特性。结果表明,股骨部分和骨痂断片部分镁合金组最大等效应力大于钛合金组最大等效应力;接骨板部分和接骨钉部分钛合金组最大等效应力大于镁合金组,数值模拟与电测实验规律基本相同。(5)以股骨中断骨折为例,从数值模拟的角度探究镁合金LC-DCP十孔接骨板在骨愈合各个阶段的力学性能,发现随着骨折逐渐愈合,接骨板与接骨钉的最大等效应力逐渐下降,接骨钉的最大等效应力大于接骨板的最大等效应力。
【图文】：

对比图,圆柱销,镁合金

第一章绪论图1-1 两种镁合金（ZX50和WZ21）圆柱销腐蚀对比图1-2 AZ91D（a）和LAF442（b）镁合金体内降解18周三维重建结果Duygulu 等[10]选取 AZ31 镁合金设计制备螺钉，将其固定于羊髋骨中，12 周后使用扫描电镜和 X 射线进行检测，发现都有较大程度的降解。Castellani 等[11]以镁稀土合金小棒为研究对象，将其植入大鼠股骨，一个月后发现小棒表面凹凸不平，呈现出明显的降解现象，不过半年后主棒体才进入降解阶段。Zhang 等[12]以镁锌合金小棒为研究对象，将圆柱体固定于小兔股骨，间隔一定时间进行 X 光拍摄，3 周后发现棒体与骨组织已经没有明显边界

对比图,镁合金

图1-1 两种镁合金（ZX50和WZ21）圆柱销腐蚀对比图1-2 AZ91D（a）和LAF442（b）内降解18周三维重建结果Duygulu 等[10]选取 AZ31 镁合金设计制备螺钉，将其固定于羊髋骨中，12扫描电镜和 X 射线进行检测，发现都有较大程度的降解。Castellani 等[11]以镁小棒为研究对象，将其植入大鼠股骨，一个月后发现小棒表面凹凸不平，呈现降解现象，不过半年后主棒体才进入降解阶段。Zhang 等[12]以镁锌合金小棒为研将圆柱体固定于小兔股骨，间隔一定时间进行 X 光拍摄，3 周后发现棒体与骨没有明显边界，14 周后将余下的镁合金棒体剥离并进行称重，结果仅为初始质量Xu等[13]通过实验表明镁锰锌合金18周后降解54%，通过镁合金材料植入生物体表明镁合金在生物体内的降解为非线性的递减特性。为了提高其耐腐蚀性，可以进行热处理、表面改性处理、制作复合材料等而使得合金含量不同的镁合金在生物体内的降解特性也具有一定的差别。XMg-Mn-Zn 合金为研究对象，对其进行降解实验，发现 Mg-Mn-Zn 合金在前 4度较快，48h~96h 降解速率比较恒定。高家诚[15]等以纯镁、ZK60 与 Mg-5.6Zn-0.合金为研究对象，研究它们在模拟体液中的降解现象，结果表明降解 242 小时料质量损失分别为 0.9%,3.1%和 1.7%。郑玉峰[16]等归纳了两种镁合金在体外与体内降解规律，，发现当前镁合金材
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3

【参考文献】