钛涂层厚度和喷涂频次对植入物假体疲劳性能的影响研究

目的:研究钛涂层厚度和喷涂频次对植入物假体疲劳强度的影响,为假体涂层厚度确定和喷涂工艺管控提供一定的理论依据。方法:根据ASTM F1160-14要求,对300和600μm厚钛涂层的Ti-6Al-4V合金基体试样施加垂直向下的载荷,直到载荷下降时停止测试,记录各试样在测试过程中的最大极限载荷,并推算弯曲应力。之后对2种试样以正弦波形施加107次垂直向下的循环载荷,得到抗弯曲疲劳的最大弯曲应力值,以确定不同钛涂层厚度对基体疲劳性能的影响。根据ISO 7206-4:2010要求,在1次喷涂涂层和2次喷涂涂层的Ti-6Al-4V合金基体股骨柄柄部施加120~1200 N的循环载荷,记录股骨柄断裂情况与发生断裂时对应的疲劳循环测试次数,以确定钛涂层喷涂频次对股骨柄耐疲劳性能的影响。结果:300和600μm 2种厚度的钛涂层试样的极限弯曲应力差异无统计学意义(P>0.05),而且经过107次循环加载,600μm试样的最大弯曲应力比300μm试样仅降低1.5%;在120~1200 N循环载荷下,1次喷涂钛涂层的3件股骨柄通过500万次循环加载后股骨柄均未断裂,而2次喷涂钛涂层的3件股骨柄分别在循环至18万次、30万次和230万次发生断裂。结论:300和600μm钛涂层对Ti-6Al-4V合金基体的疲劳性能的影响无显著差异;与1次喷涂钛涂层的股骨柄相比,2次喷涂钛涂层的股骨柄耐疲劳性能明显降低。

基于有限元分析的重度膝骨关节炎膝关节生物力学 研究

目的基于有限元方法的正常膝关节研究已有大量成果,但重度膝骨关节炎(OA)的膝关节模型还少有报道。文章通过构建一例重度OA膝关节的有限元解剖模型,研究其胫股关节中软骨和半月板接触面的应力分布特征。方法通过采集患膝CT和MRI影像,分别提取骨性和非骨性组织,基于体表标志配准融合构建重度OA膝关节三维有限元模型。划分网格、设定材料属性及边界条件后进行有限元分析,观察关节软骨和半月板上的Mises应力、接触压以及接触面积的变化特征。结果通过CT和MRI影像数据的融合配准建立重度OA膝关节三维有限元模型,有限元分析表明,在重度OA膝关节中,内侧间室关节软骨上的接触压峰值高于外侧间室,外侧半月板接触压峰值高于内侧半月板;内外侧间室关节软骨周缘处Mises应力峰值高于关节软骨间直接接触部分,内侧半月板Mises应力峰值位于后角,而外侧半月板Mises应力峰值位于体部。胫股关节内侧室接触面积大于外侧室接触面积。结论重度OA膝关节的应力集中于内侧间室,关节软骨载荷量大,内侧半月板的脱位和关节退变趋势明显。