力学刺激作用下骨再生和锌合金内固定器降解的耦合作用研究

目的传统骨折内固定物存在应力遮挡和需二次手术取出等问题。锌合金具有良好的生物力学和可降解性能,有望解决上述问题。然而,力学刺激作用下的骨折愈合和锌合金材料降解的耦合作用规律尚未完全阐明。本研究旨在建立力学刺激作用下骨折愈合和锌合金内固定物降解的耦合模型,探究二者的相互作用规律。方法首先建立骨钉-骨板固定骨折的有限元模型,基于力学调控组织分化理论和模糊逻辑控制,构建模拟骨折愈合过程的数值模型;进一步基于连续损伤力学理论,建立应力作用下锌合金降解过程的数值模型,并将降解和愈合过程耦合建立骨折愈合和锌合金内固定物降解的耦合数值模型。最后利用该模型探究骨折愈合和固定器降解耦合作用规律。结果随着愈合的进行,骨痂区域逐渐成骨,受力不断增加,锌合金内固定器逐渐降解,受力减小,导致降解速率发生变化。内固定器的降解导致骨痂区域受到更多的力学刺激,与不可降解内固定器相比,促进了骨膜处骨痂的生成(骨体积分数增加5%),生物力学性能恢复更明显(骨刚度分数增加5%)。结论本文建立的耦合模型揭示了力学刺激作用下锌合金内固定物降解与骨折愈之间相互影响规律,为开发用于骨折治疗的锌合金固定物提供了一个有用的平台。