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功能梯度材料胫骨假体的有限元分析
文献摘要：
背景:全膝关节置换后胫骨衬垫的过度磨损,以及关节假体的无菌性松动是导致膝关节假体失效的主要原因.假体与骨骼力学强度差异过大会导致骨上产生应力遮挡,进而诱发假体无菌性松动.目的:利用有限元方法分析植入功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)胫骨假体后胫骨假体与胫骨近端松质骨的应力响应.方法:设计了两种不同孔隙率参数的钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(命名为FGMⅠ、FGMⅢ)和一种钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(命名为FGMⅡ),其中FGMⅠ的孔隙率参数分别为0.1,1,1,FGMⅡ和FGMⅢ的孔隙率参数分别为0.4,0,1.建立全膝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus分析FGM与钛合金材料胫骨假体植入后,在伸直位0°及屈曲位30°和60°三种工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布变化.结果 与结论:①在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,FGM胫骨假体的最大Von Mises应力显著降低,且其松质骨与假体柄端接触部位上的应力明显减小.②胫骨松质骨沿不同路径的应力曲线和平均应力表明,在不同工况下,与钛合金胫骨假体相比,使用FGM假体后胫骨近端松质骨上的应力均有提升,其中FGMⅠ提高5.4％-17.3％,FGMⅡ提高1.0％-13.5％,FGMⅢ提高1.6％-15.4％.③结果 表明,FGM胫骨假体有助于增加胫骨近端松质骨上的应力,减弱胫骨近端的应力遮挡效应,进而可降低胫骨假体无菌性松动发生的概率,延长假体的寿命,且FGMⅠ在3种FGM假体中效果最好.
文献关键词：
功能梯度材料;胫骨假体;有限元;应力;应力遮挡;无菌性松动;膝关节假体
中图分类号：
作者姓名：
李志;陈维毅;王晨艳;相昌鑫;兰伟伟;王长江;郭媛
作者机构：
太原理工大学生物医学工程学院,山西省太原市 030024;Sussex大学工程与信息学院,英国布莱顿,BNI 9RH
文献出处：
引用格式：
[1]李志;陈维毅;王晨艳;相昌鑫;兰伟伟;王长江;郭媛-.功能梯度材料胫骨假体的有限元分析)[J].中国组织工程研究,2022(22):3543-3549
A类：
B类：
功能梯度材料,胫骨假体,全膝关节置换,衬垫,膝关节假体,假体失效,力学强度,应力遮挡,假体无菌性松动,有限元方法,functionally,graded,materials,FGM,胫骨近端,松质骨,应力响应,孔隙率,羟基磷灰石,复合功能,弹性材料,材料复合,三维有限元模型,Abaqus,钛合金材料,假体植入,伸直,屈曲,应力分布,不同工况,Von,Mises,端接,不同路径,力曲线,平均应力,力表,遮挡效应,长假
AB值：
0.201552
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