人皮質(zhì)骨徑向微動(dòng)損傷行為的研究.pdf

1、人體的骨內(nèi)種植體是常見的內(nèi)固定裝置，在人體功能性活動(dòng)過程中力將通過種植體傳遞至骨一種植體界面最終傳遞到骨組織。不管是關(guān)節(jié)置換、骨折固定還是種植義齒受到的都是反復(fù)加載、交替變化的力，這樣的力引起緊密配合的界面發(fā)生微動(dòng)。微動(dòng)會(huì)損傷相對(duì)薄弱的皮質(zhì)骨，產(chǎn)生骨質(zhì)磨損和微裂紋，破壞界面的密合性，導(dǎo)致種植體松動(dòng)失效。由于皮質(zhì)骨對(duì)種植體的穩(wěn)定性起了主要作用，而且經(jīng)過力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)種植體與皮質(zhì)骨之間力的作用方式是以徑向力為主的復(fù)合力形式，因此本實(shí)驗(yàn)建立了骨

2、與種植體徑向微動(dòng)接觸模型，研究皮質(zhì)骨一種植體界面徑向微動(dòng)損傷的行為特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)使用新鮮的人股骨皮質(zhì)骨與常用種植體材料純鈦球(直徑10mm和40mm)在微動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行球面接觸實(shí)驗(yàn)。兩對(duì)摩擦副在12mm/min加載頻率下分別加載最大法向載荷100N、200N、300N，在10mm鈦球上單獨(dú)加載400N，最小載荷10N以便保持界面始終接觸而不發(fā)生沖擊效應(yīng)，循環(huán)1～10<'5>次，即時(shí)打印徑向微動(dòng)曲線。用光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡和

3、掃描電鏡觀察不同載荷下皮質(zhì)骨表面的磨斑形貌；用掃描電鏡、投射顯微鏡觀察斷面情況。對(duì)磨斑表面進(jìn)行X衍射實(shí)驗(yàn)和能譜分析檢測(cè)皮質(zhì)骨受壓后晶格的變化以及是否存在對(duì)磨件上鈦元素的轉(zhuǎn)移。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：股骨皮質(zhì)骨發(fā)生了徑向微動(dòng)損傷，損傷以表面骨質(zhì)磨損和產(chǎn)生微裂紋為主。隨著載荷的增加損傷加重，相同載荷下小球的損傷比大球嚴(yán)重。從微動(dòng)曲線可以看出小載荷下皮質(zhì)骨發(fā)生的是彈性形變；中等載荷下皮質(zhì)骨發(fā)生彈塑性形變；高載荷下皮質(zhì)骨早期發(fā)生塑性形變后期進(jìn)入

4、彈塑性形變范圍。在磨斑的形貌圖中，大鈦球在三種載荷下只有較輕微的損傷。小鈦球在中、高載荷時(shí)出現(xiàn)了明顯的環(huán)狀滑移區(qū)，磨斑中心區(qū)域以磨損和剝脫為主，加載至300N時(shí)在接觸邊緣區(qū)出現(xiàn)裂紋，推測(cè)該載荷是裂紋生成的閾值。在對(duì)裂紋的表面及縱向觀察的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裂紋在骨表面主要有四種生長方式，以沿粘合線生成最常見；裂紋從皮質(zhì)骨表面向深層擴(kuò)展的主要部位在接觸邊緣區(qū)；哈佛中央骨管既是應(yīng)力分散通道也是裂紋易生區(qū)，可以改變裂紋的擴(kuò)展方向。在X衍射實(shí)驗(yàn)和能譜分析