人皮質(zhì)骨徑向微動損傷行為的研究.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。微動會損傷相對薄弱的皮質(zhì)骨，產(chǎn)生骨質(zhì)磨損和微裂紋，破壞界面的密合性，導(dǎo)致種植體松動失效。由于皮質(zhì)骨對種植體的穩(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，因此本實驗建立了骨

2、與種植體徑向微動接觸模型，研究皮質(zhì)骨一種植體界面徑向微動損傷的行為特點。 實驗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)在微動實驗機(jī)上進(jìn)行球面接觸實驗。兩對摩擦副在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，即時打印徑向微動曲線。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。對磨斑表面進(jìn)行X衍射實驗和能譜分析檢測皮質(zhì)骨受壓后晶格的變化以及是否存在對磨件上鈦元素的轉(zhuǎn)移。 實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：股骨皮質(zhì)骨發(fā)生了徑向微動損傷，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時在接觸邊緣區(qū)出現(xiàn)裂紋，推測該載荷是裂紋生成的閾值。在對裂紋的表面及縱向觀察的實驗中發(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衍射實驗和能譜分析