短碳纤维增强聚醚醚酮内接骨板应用于断骨修复过程的有限元模拟

摘要

聚醚醚酮(PEEK)作为内植入材料,具有优良的生物相容性、力学性能和透X光等特点.在国外,用该材料制成的商业化产品,包括椎间融合器、牙冠和心脏瓣膜等,已经得到FDA认可.该材料经过纤维等手段增强后,性能可以任意调整到和植入部位组织或骨力学性能匹配,能制作出所需要的植入件.它有望取代骨科金属材料,成为内植入件的主流材料.在先期完成短碳纤维增强PEEK复合材料内接骨板制备和性能测量的基础上,本文选用具有代表性的不同弹性模量的4种骨板(不锈钢骨板、Ti6A14V骨板、碳/羟磷灰石骨板、C/PEEK骨板),采用有限元软件建立正常骨-骨板-断骨三维有限元模型,对骨修复过程中的3个阶段(断骨修复程度1%、50%、75%)分别进行模拟.结果表明:4种内接骨板在断骨处都会产生应力遮挡的现象.随着骨板弹性模量的增大,紧贴骨板下断骨中应力遮挡率越大,有骨板处和其对面没有骨板处应力遮挡率相差变大,没有骨板处断骨最大应变越大,且该处断骨层出现变薄的现象;在螺钉上产生的最大应力也增大,应力集中更明显,骨板内应力集中也越明显,C/PEEK骨板能明显地降低应力屏蔽.