CF/PEEK骨板的弯曲性能测试和对骨折愈合过程的有限元模拟

摘要

使用内接骨板愈合骨折是骨外科一种典型的方法。目前，内接骨板主要采用金属材料，但金属材料模量比骨的模量高很多，会引起“应力遮挡”，影响骨折愈合过程和愈合后骨的强度，愈合结束，骨板取出后，由此引起的原骨折区再次骨折的几率甚至高达20﹪。已经证明，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)是一种理想的植入材料，并有透X光等优点，已经被应用于制作心脏瓣膜和椎间融合器等产品，但短碳纤维增强PEEK材料制作骨板及其对骨折愈合效果的报道很少。 本文注射成型出碳纤维增强聚醚醚酮内接骨板实物，然后根据骨板的外形设计了直接测试骨板弯曲力学性能的装置，并推导出挠度计算方法，采用四点弯曲实验方法直接测试了骨板的弯曲性能。实验结果表明：CF/PEEK骨板的弯曲强度能满足实际受力情况的要求。 本文采用ANSYS软件，建立骨折-骨板-螺钉-自然骨三维有限元模型，对比分析了在人体静立和三倍体重载荷状态下，不同材料胫骨骨板对骨折愈合三个愈合期的骨折-骨板-螺钉-自然骨的受力情况的影响。有限元模拟计算的结果表明：四种不同弹性模量的骨板都会在骨折部位产生应力遮挡的现象，即应力遮挡现象是必然存在的；在静立状态下，在愈合初期和后期，CF/PEEK骨板比金属骨板分别降低应力遮挡率9﹪和16﹪左右；植入金属骨板后，在自然骨内产生的最小应变小于Frost提出骨骼“力学稳定性理论”理论的第一阀值(50με-200με)，使局部骨吸收快于骨形成，与金属骨板临床上引起的骨折不愈合、螺钉脱出和再次骨折等现象相符合；而植入CF/PEEK骨板则避免此弊端。在三倍体重载荷下，CF/PEEK骨板在自然骨内产生的应变比不锈钢板更能促进骨强度增大和骨量增加，有利于骨愈合和愈合质量。在静立和三倍体重载荷情况下，随着骨板弹性模量的降低，骨折部位、骨板、螺钉应力分布更趋向均匀，也有利于骨折愈合。 四点弯曲实验结果和有限元模拟结果表明：注射成型的短纤维PEEK骨板可以满足骨折内固定器要求，比金属骨板更利于骨折愈合。

目录

摘要

论文的主要创新与贡献

第1章绪论

第2章CF/PEEK骨板的制备和弯曲性能测试

第3章骨折愈合过程的有限元模拟

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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