純鈦接骨板由于力學(xué)性能與骨匹配、耐腐蝕性能優(yōu)異、生物相容性良好的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于臨床治療骨折。由于人體的生理與力學(xué)環(huán)境極為復(fù)雜,純鈦接骨板斷裂失效時(shí)有發(fā)生,這會(huì)直接影響骨折愈合效果,導(dǎo)致愈合延遲、不愈合、骨組織壞死等臨床癥狀。系統(tǒng)研究純鈦接骨板的臨床斷裂問(wèn)題,建立相應(yīng)的試驗(yàn)與仿真方法,有助于揭示純鈦接骨板的體內(nèi)失效機(jī)制,為臨床骨科手術(shù)治療方案的制定和骨科植入物的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支撐。本研究收集并處理了12個(gè)臨床斷裂失效的TA3純鈦限制接觸動(dòng)力加壓（LC-DCP）接骨板,在對(duì)所有樣品進(jìn)行理化性能分析和斷口失效分析的基礎(chǔ)上,建立了10孔TA3純鈦LC-DCP接骨板內(nèi)固定股骨干中段橫形骨折的三維有限元模型,計(jì)算了不同骨折間隙時(shí)骨折的愈合情況與接骨板受力情況,分析了TA3純鈦LC-DCP接骨板的體內(nèi)斷裂失效機(jī)制。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:（1）12個(gè)TA3純鈦LC-DCP接骨板的自身理化性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,接骨板的材質(zhì)合格。所有接骨板樣品均在中段螺釘孔處發(fā)生斷裂,斷口表面出現(xiàn)相互平行的疲勞輝紋和二次裂紋,裂紋從遠(yuǎn)骨側(cè)表面向近骨側(cè)表面擴(kuò)展;接骨板發(fā)生脆性斷裂的同時(shí),伴隨疲勞斷裂。（2）有限元仿... 

【文章來(lái)源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

骨折愈合的影響因素骨折愈合按照生物學(xué)機(jī)制分為四個(gè)階段[14]，止血和炎性反應(yīng)期、初始骨痂反應(yīng)期、軟骨形成期和骨形成與重塑期

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7頁(yè)圖1-2三種接骨板近骨側(cè)表面形態(tài)[20]進(jìn)入21世紀(jì)后，F(xiàn)rigg等[34]基于PC-Fix接骨板的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)并研制出一種新型內(nèi)固定系統(tǒng)，即微創(chuàng)接骨板系統(tǒng)（LISSLessInvasiveStabilizationSystem）。LISS接骨板系統(tǒng)采用成角固定方式，以盡量減小骨折處組織損傷。隨后，Wagner和Frigg等[35-38]綜合DCP與PC-Fix兩種接骨板的優(yōu)點(diǎn)，研制設(shè)計(jì)出鎖定加壓接骨板（LCPLockingcompressplate）。LCP接骨板聯(lián)合使用鎖定孔和加壓孔的理念，可以根據(jù)需求采用不同的固定方式，既可以滿足成角與軸向穩(wěn)定性要求，又可以減小骨膜損傷，最大限度地加速骨折愈合和保證最佳骨折愈合效果。研究者一方面對(duì)接骨板進(jìn)行形態(tài)學(xué)方面的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，另一方面研發(fā)新型人體植入材料，使其具備優(yōu)異的生物相容性、無(wú)生物毒性，足以適應(yīng)人體內(nèi)復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，具有足夠的穩(wěn)定性，以避免組織并發(fā)癥的發(fā)生，促進(jìn)骨折愈合。其中，不銹鋼、鈷基合金、純鈦及其合金材料是接骨板的主要材料[39-42]。然而，這些材料的彈性模量遠(yuǎn)高于人體骨骼的彈性模量，應(yīng)力遮擋率偏高，會(huì)導(dǎo)致骨折處骨質(zhì)疏松甚至二次骨裂。近幾年，研究人員對(duì)鎂合金、高分子材料、復(fù)合材料的相關(guān)性能進(jìn)行研究，期望得到能夠更加有效的促進(jìn)骨折愈合的新型接骨板材料，其中，可降解生物材料制備的接骨板會(huì)隨著材料降解而將應(yīng)力往骨上轉(zhuǎn)移，有效地減緩應(yīng)力遮擋效應(yīng)，受到了人們的廣泛關(guān)注。隨著1972年Brekelmans和Rybicki等[43,44]將有限元方法引入到骨科與生物力學(xué)研究領(lǐng)域，骨折內(nèi)固定治療技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。Fouad等[45,46]通過(guò)有限元方法，模擬分析了人體骨骼骨折模型中不同愈合時(shí)期不同材質(zhì)接骨板的應(yīng)力分布狀態(tài)，結(jié)果表明，可生物降解接骨板和功能梯度接骨板均可以顯著降低應(yīng)力遮擋率效

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9頁(yè)維氏硬度，發(fā)現(xiàn)表面富氧形成的硬脆污染層，在變形時(shí)極易產(chǎn)生微裂紋成為裂紋源，從而造成接骨板在使用過(guò)程中突然斷裂。有研究認(rèn)為，接骨板在人體內(nèi)的服役環(huán)境也是造成接骨板斷裂失效的直接原因。Sudhakar等[60]對(duì)沿螺釘孔處發(fā)生斷裂失效的小型接骨板進(jìn)行失效分析。體外拉伸試驗(yàn)和斷口形貌分析發(fā)現(xiàn)典型的疲勞輝紋和點(diǎn)蝕坑，斷口表面能譜分析表明有腐蝕產(chǎn)物生成，基于這些分析結(jié)果，研究者推斷該接骨板斷裂為腐蝕疲勞斷裂，且螺釘與板接合界面可能是腐蝕疲勞的起點(diǎn)。Tavares等[61]對(duì)收集的斷裂失效316L不銹鋼接骨板進(jìn)行了化學(xué)成分、硬度和斷口形貌分析，發(fā)現(xiàn)這些接骨板的金相尺寸和組織結(jié)構(gòu)存在顯著差異，如圖1-3所示。鑒于碳元素含量基本符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，螺釘孔螺紋縫隙腐蝕嚴(yán)重，部分導(dǎo)致了擴(kuò)展中的裂紋，他們認(rèn)為加工缺陷是接骨板斷裂的根本原因，并提出對(duì)接骨板表面進(jìn)行拋光和滲氮處理的建議，認(rèn)為這將顯著提升接骨板的抗疲勞性能。（a）（b）（c）（e）（e）（f）圖1-3316L不銹鋼接骨板微觀組織結(jié)構(gòu)形貌[61],（a）2號(hào)樣品；（b）3號(hào)樣品；（c）4號(hào)樣品；（d）5號(hào)樣品；（e）6號(hào)樣品；（f）7號(hào)樣品Azevedo等[62]對(duì)收集的臨床斷裂股骨加壓接骨板進(jìn)行失效分析，結(jié)果表明不銹鋼接骨板的錳鉻含量過(guò)低，嚴(yán)重影響其在體內(nèi)服役時(shí)的抗腐蝕性能。他們還在螺釘頭與40μm40μm40μm40μm40μm40μm

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]外科植入用TA3鈦合金接骨板斷裂失效分析[J]. 李榮,魏東,許陸,武晶晶.  理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)). 2016(12)
[2]骨折治療的思考-AO、BO的演變及CO時(shí)代的到來(lái)[J]. 戴閩,于小龍.  中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志. 2016(04)
[3]接骨板材料的研究現(xiàn)狀[J]. 譙波,蔣電明.  重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[4]人體主股骨接骨板斷裂失效分析[J]. 王榮,楊星紅.  腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2013(06)
[5]骨折愈合機(jī)制的現(xiàn)代研究[J]. 陳昱,陳宗雄,徐皓,王萬(wàn)宗.  中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù). 2008(50)

碩士論文
[1]股骨骨折內(nèi)固定金屬接骨板的生物力學(xué)性能研究[D]. 鄭照縣.西南交通大學(xué) 2017
[2]梯度納米純鈦的表面完整性及力學(xué)性能研究[D]. 李曉.華東理工大學(xué) 2016
[3]基于正交各向異性分析的皮質(zhì)骨鉆削的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 何玲.天津理工大學(xué) 2016
[4]四肢典型接骨板生物力學(xué)性能研究[D]. 董雙鵬.上海交通大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3139800