使用有限元分析对实体和多孔Ti-6Al-4V合金植入大腿骨的应变屏蔽效应分析
Sita Ram Modi1, Amardeep Dongare1, Kailash Jha1
1Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology (Indian School of Mines), Dhanbad, Jharkhand, India.
Journal of medical engineering & technology
|May 4, 2025
概括
在关节整形术中,有孔的合金植入物显著降低了与固体植入物相比的应变屏蔽. 这一发现表明,多孔植入物可以促进骨生长并减少无菌植入物松.
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:
- 应变屏蔽是关节整形术 (THA) 中的一个关键问题,可能导致无菌植入物松动.
- 它是由刚性植入物和自然骨特性之间的机械不匹配引起的.
- 了解应变分布对于设计有效的骨科植入物至关重要.
研究的目的:
- 在大腿骨模型中分析固体与多孔Ti-6Al-4V合金植入物的应变屏蔽效应.
- 评估不同的人类活动 (站立,走路,爬楼梯) 对抗压屏蔽的影响.
- 确定多孔植入物在缓解无菌松动方面的潜力.
主要方法:
- 用有限元素分析 (FEA) 建模大腿骨,并植入Ti-6Al-4V合金 (固体和多孔).
- 在三个不同的生理负荷条件下进行了模拟:站立,行走和爬楼梯.
- 测量了骨内的应变分布,并将固体和多孔植入物场景进行比较.
主要成果:
- 与实体植入物相比,多孔植入物显示骨应变增加了31% (站立) 和24.3% (行走).
- 相反,多孔植入物在爬楼梯时减少了12.18%的骨压力.
- 这些结果表明,模块化的应变环境具有多孔植入物.
结论:
- 与固体植入物相比,多孔的Ti-6Al-4V合金植入物显示出较少的应变和应力屏蔽效应.
- 这种对骨机械负荷的调节预计将促进骨的内生长.
- 多孔植入物提供了一个有希望的策略,以减少在THA中的无菌植入物松的发生率.


