关键词：
生物可降解锌镁合金
钛合金
骨折内固定系统
回归分析
有限元分析
工程化骨科材料
摘要：
背景:近年来,生物可降解锌合金接骨板可有效解决钛合金接骨板应力屏蔽效应大、需手术二次取出等临床问题而受到广泛研究。影响接骨板应力遮蔽效应的主要因素包括接骨板的结构设计、材料选择和降解速度等,然而有关生物可降解锌合金接骨板结构设计与应力遮蔽效应关系的研究较少,并且缺乏科学依据。目的:探索生物可降解锌合金接骨板结构设计与应力遮蔽效应的关系。方法:使用普通锌镁合金接骨板固定新西兰兔胫骨骨折,术后3,6,9,12个月取出接骨板,分析材料降解率。设计关于接骨板厚度、螺钉孔径、开弧直径和开孔直径等4个参数与接骨板应力的正交实验,基于构建的数据集,采用回归分析建立4种参数与锌镁合金接骨板应力的预测模型,根据不同约束条件得到接骨板设计的最优参数。采用有限元分析对比优化设计前后的锌镁合金接骨板与钛合金接骨板在兔胫骨骨折模型中的生物力学性能。结果与结论:①植入兔体内后,锌镁合金接骨板表面有明显腐蚀现象,并且随着时间推移腐蚀程度逐渐加深;与植入前相比,锌镁合金接骨板植入后3,6,9,12个月的降解率分别为11.5%,17.9%,21.8%和24.5%。②通过回归模型得出接骨板理论最优结构参数:接骨板厚度1.1 mm,螺钉孔径2.4 mm,开孔直径0.6 mm,开弧直径6.0 mm。③有限元分析结果显示,优化前和优化后的锌镁合金接骨板、钛合金接骨板在复合工况下所受的最大应力均小于其屈服强度,初始固定时,优化前、优化后钛合金接骨板组骨折段端位移分别为0.08 mm和0.12 mm,优化前、优化后锌镁合金接骨板组骨折段端位移分别为0.10 mm和0.13 mm;降解3个月后,优化前、优化后锌镁合金接骨板组骨折段端位移分别为和0.11 mm和0.15 mm,两种接骨板治疗兔胫骨骨折理论上均是安全的。与钛合金接骨板相比,锌镁合金接骨板表现出较低的应力遮蔽效应;随着降解,优化前、优化后锌镁合金接骨板组应力遮挡率分别下降了27.56%和27.66%。结果表明,锌镁合金接骨板在早期阶段提供力学支撑,在后期随着材料降解降低应力遮挡效应,从而有利于骨愈合。
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