开发多孔部植入物,实现基于骨改造模型和疲劳失败模型的拓优化.
Babak Ziaie1, Xavier Velay2, Waqas Saleem3
1Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, Atlantic Technological University, Ash Lane, Sligo, F91 YW50, Ireland; Centre for Precision Engineering Material and Manufacturing Research (PEM Research Centre), Atlantic Technological University, Ash Lane, Sligo, F91 YW50, Ireland; Centre for Mathematical Modelling and Intelligent Systems for Health and Environment (MISHE), Atlantic Technological University, Ash Lane, Sligo, F91 YW50, Ireland.
Journal of the mechanical behavior of biomedical materials
|December 19, 2024
概括
多孔部植入物可以减轻由固体植入物引起的应激屏蔽和骨再吸收. 渐变的多孔设计提供机械强度和生物效益,使它们成为全关节整形手术的前景.
科学领域:
- 生物材料工程 生物材料工程
- 整形外科手术 整形外科手术
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 固体全关节整形术 (THA) 植入物可能会导致应力屏蔽和皮层缩,原因是机械与骨不匹配.
- 多孔植入物提供可调节的机械性能,可能减少与固体植入物相关的并发症.
研究的目的:
- 开发和评估多孔部植入物使用拓优化解决应力屏蔽.
- 在生理负荷下比较固体,均多孔和梯度多孔植入物的机械性能.
主要方法:
- 有限元分析 (FEA) 用于模拟不同植入物设计的骨应力分布.
- 穿孔植入物的设计使用三次周期的最小表面结构 (例如,陀螺,钻石) 具有均和梯度的相对密度.
- 考虑增材制造和生物约束的拓优化.
主要成果:
- 固体植入物显著降低皮质骨压力,导致应激屏蔽.
- 与固体植入物相比,均和渐变多孔植入物增加了拉伸能量密度比率 (均的陀螺和渐变钻石分别增加了43%和25%).
- 只有渐变多孔植入物设计才能满足机械强度要求 (安全系数>1).
结论:
- 渐变多孔植入物有效减轻压力屏蔽并保持骨健康.
- 拓优化的梯度多孔植入物是固体THA植入物的合适替代品.
- 增材制造方面的进步使得这些有前途的多孔植入物能够精确地制造.


