使用3D打印的脊椎体置换植入物进行脊柱重建的数值评估:物质异性质的影响

科学领域:

• 生物机械工程 生物机械工程
• 整形外科手术 整形外科手术
• 材料科学是一种材料科学.

背景情况:

• 人工脊椎植入物对于重建瘤或创伤缺陷至关重要.
• 当前的生物力学评估往往忽略了来自宿主骨和植入物微观结构的材料异构性.
• 这种监督可能会损害安全和稳定性评估的准确性.

研究的目的:

• 调查材料异质性对人工脊椎重建的安全性和稳定性的影响.
• 为了比较使用同otropic 和 anisotropic 材料模型的生物力学评估.

主要方法:

• 开发了两种有限元素模型:一种是线性弹性同otropic,一种是非线性异otropic.
• 模拟各种生理负荷:曲,延伸,侧向曲和轴向旋转.
• 分析并比较安全性和稳定性使用·米塞斯应力,位移和有效应变.

主要成果:

• 非线性异构型模型通常比异构型模型预测较低的应力和应变.
• 在 anisotropic 模型中观察到压力 (2-61 MPa),位移 (0.26 mm) 和运动范围 (0.77°) 的显著减少.
• 邻近端板的有效应变减少 (高达23.1%) 表明负载分布有所改善.

结论:

• 线性弹性同位素模型可能低估了脊椎重建的安全性.
• 同位素假设可以高估稳定性,可能误判运动范围和骨生长潜力.
• 准确的生物力学评估需要将材料异性质纳入可靠的人工脊椎植入物评估.