新增特異性凹線對骨髓腔內(nèi)壁與骨水泥界面生物力學(xué)強(qiáng)度的影響及相關(guān)研究.pdf

1、背景與目的：
　　骨-骨水泥界面所引起的人工關(guān)節(jié)失效是非常常見的，最主要的原因是無菌性松動。骨水泥型人工關(guān)節(jié)的固定強(qiáng)度依賴于骨水泥與骨質(zhì)之間良好的交鎖，即骨-骨水泥界面的交鎖強(qiáng)度。骨-骨水泥界面的交鎖強(qiáng)度和界面的接觸面積、交鎖深度有很大的正相關(guān)性。通過增加骨-骨水泥界面的接觸面積、交鎖深度可以使骨水泥型人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后獲得更好的初始固定強(qiáng)度，從而延長人工關(guān)節(jié)置換的使用壽命和減少并發(fā)癥。本研究是探索骨髓腔內(nèi)壁增加環(huán)形凹槽后能否增加骨

2、-骨水泥界面的強(qiáng)度及界面參數(shù)的變化情況。
　　材料和方法：
　　使用一種新型擴(kuò)髓刀具對新鮮豬股骨骨髓腔內(nèi)壁進(jìn)行新的處理，從而在實(shí)驗(yàn)組股骨髓腔內(nèi)壁上縱軸的20mm和40mm處產(chǎn)生兩個環(huán)形骨皮質(zhì)凹槽。在模擬人工假體置換時，骨水泥在壓力的作用下可以更好的浸潤到股骨內(nèi)壁的凹槽內(nèi)。我們使用Micro-CT對所有的骨-骨水泥-假體模型進(jìn)行掃描，觀察骨水泥的浸潤情況和確定新型骨-骨水泥界面和傳統(tǒng)界面的區(qū)別，使用相關(guān)軟件計算界面的參數(shù)。然后

3、，使用生物力學(xué)測試儀對新型和傳統(tǒng)骨-骨水泥-假體模型進(jìn)行生物力學(xué)測試（拉伸和旋轉(zhuǎn)），直到模型失效。比較新型骨-骨水泥界面和傳統(tǒng)骨-骨水泥界面的生物力學(xué)強(qiáng)度。此外，我們對骨-骨水泥-假體模型的微觀檢測和生物力學(xué)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。最后，我們對實(shí)驗(yàn)組和對照組的骨-骨水泥-假體模型進(jìn)行了簡易的有限元分析，包括拉伸模擬和旋轉(zhuǎn)模擬。
　　結(jié)果：
　　1、Micro-CT的檢測結(jié)果：實(shí)驗(yàn)組相對于對照組有更大的接觸面積，為5470±265

4、mm2 VS5289±299mm2（P<0.05）?？紫堵屎凸桥c骨水泥的體積比值兩組之間沒有明顯差異（P>0.05），孔隙率為1.50±0.382％對1.59±0.496%。2、生物力學(xué)測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)組和對照組骨-骨水泥-假體模型的失效均發(fā)生在骨-骨水泥界面。其次，實(shí)驗(yàn)組的骨-骨水泥界面的抗拉伸能力顯著強(qiáng)于對照組，兩組的最大載荷和標(biāo)準(zhǔn)差分別為7337±1825 N，5564±1359 N，P<0.05；實(shí)驗(yàn)組的骨-骨水泥界面的抗旋轉(zhuǎn)

5、能力顯著強(qiáng)于對照組，兩組的最大扭矩和標(biāo)準(zhǔn)差分別為65.70±4.83 Nm,60.60±4.43 Nm，P<0.05。3、Micro-CT的微觀檢測和生物力學(xué)測試的相關(guān)性分析：在拉伸測試中，包括實(shí)驗(yàn)組和對照組，骨-骨水泥界面的接觸面積和骨-骨水泥-假體模型的最大載荷之間有較高的相關(guān)性（R2=0.85），同樣，在旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)組，包括實(shí)驗(yàn)組和對照組，骨-骨水泥界面的接觸面積和骨-骨水泥-假體模型的最大扭矩也有較大的相關(guān)性（R2=0.77）。其次

6、，骨-骨水泥-假體模型的孔隙率與最大載荷和最大扭矩之間存在一定的負(fù)相關(guān)性（拉伸測試R2=0.57）（旋轉(zhuǎn)測試R2=0.43）。4、有限元分析：在有限元模型中，新增股骨髓腔內(nèi)壁凹槽并沒有對股骨干的應(yīng)力分布產(chǎn)生明顯影響，實(shí)驗(yàn)組和對照組的股骨干沒有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。拉伸模擬中，實(shí)驗(yàn)組骨水泥殼的應(yīng)力比對照組增加了36.86%，但是在旋轉(zhuǎn)模擬中，實(shí)驗(yàn)組骨水泥殼的應(yīng)力比對照組減少了4.8%。
　　結(jié)論：
　　新型擴(kuò)髓刀具產(chǎn)生的新型骨-