一个in-silicon模型来检查在机械负荷下植入物退化和骨折愈合之间的相互作用

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 整形外科工程 整形外科工程
• 计算力学 计算力学 计算力学

背景情况:

• 可生物降解的植入物为骨折固定提供了潜力,但在承载性骨部位面临挑战.
• 在机械应力下植入物退化和骨折愈合之间的相互作用尚未完全理解.
• 了解这种相互作用对于设计有效的可生物降解的骨科植入物至关重要.

研究的目的:

• 研究植入物退化和骨折愈合在承载性骨固定中的相互影响.
• 开发和利用模拟这些相互作用的计算模型.
• 为了比较非可降解的植入物和不愈合的骨折的结果.

主要方法:

• 开发了一个长骨折的有限元模型,用基于Zn合金的螺丝板系统固定.
• 使用连续损伤力学模拟植入物退化.
• 用机械调节的组织分化算法模拟骨愈合.
• 包括对不可降解的植入物和不可愈合的骨折的控制模型.

主要成果:

• 可降解的植入物导致新的骨形成增加 (16%对12%) 和改善生物机械恢复 (8周时107%对95%的硬度分数).
• 骨折愈合显著降低了植入物降解率 (4周内40%与8%的硬度分数相比).
• 完整的植入物降解时间在愈合骨折中从4周延长到8周.

结论:

• 植入物退化和骨折愈合是机械负荷下的相互依存的过程.
• 开发的in silico模型为设计用于承载应用的可生物降解植入物提供了一个平台.
• 这些发现支持使用可生物降解的植入物来增强骨折固定和关键骨部位的愈合.