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CF/PEEK骨板固定效果和骨板设计依据的研究

作者：杨红艳 Publish: 2007-5-23 Hits:-

【中文题名】

CF/PEEK骨板固定效果和骨板设计依据的研究

【英文题名】

Study on Healing Effects of CF/PEEK Bone Plate and the Design Principle of Bone Plate

【学科专业】

材料加工工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-5-23

【中关键词】

CFPEEK,骨板,骨折,有限元,螺钉,设计

【英关键词】

CF/PEEK,bone plate,fracture,FEA,screw,design,

【分类导航】

工业技术>机械、仪表工业>仪器、仪表>医药卫生器械>骨科器械>

【论文摘要】

利用接骨板进行内固定是骨科治疗骨折常用的手段之一。对骨折进行骨板固定后，骨折端的活动度取决于外部负荷的大小、固定系统的刚度以及骨折间桥接组织的刚度。传统骨板多为金属材料，弹性模量与骨的差异过大，容易引起应力遮挡效应；耐腐蚀、抗疲劳性差，易发生失效；且与骨的接触面积大，破坏了皮质骨的血供，不利于骨折的愈合。碳纤维增强聚醚醚酮(CF／PEEK)复合材料能克服金属材料的弊端，且透X光，利于手术后的观察分析，是一种理想的接骨板材料。本文主要研究了CF／PEEK骨板的固定效果和骨板的设计依据，是下一步合理设计这种新材料骨板的基础，主要内容和结果如下：采用ANSYS有限元模拟软件，建立了三种固定方式的力学模型(传统螺钉固定型(方式一)、螺钉缺省固定型(方式二、三))，研究了CF／PEEK骨板固定骨折的效果。结果表明：1)三种方式下，CF／PEEK骨板比金属骨板更利于骨折的愈合：板内、螺钉内应力集中程度降低、幅值减小；完整骨内最小应变增大，应变进入骨的正常生理区(200με＜应变＜2500με)的范围增大；断骨内应变分布较均匀。2)对于金属材料骨板，固定方式三使完整骨内最小应变增大、断骨内应变分布均匀，更利...

【论文题纲】

摘要	4-5
Abstract	5-7
本文的创新点与贡献	7-12
第1章绪论	12-28
1.1 引言	12
1.2 骨折固定的原则	12-13
1.2.1 传统的AO原则	12-13
1.2.2 生物学固定的原则	13
1.3 内固定接骨板失效原因分析	13-15
1.4 新型接骨板的研究	15-18
1.4.1 传统加压接骨板	15-17
1.4.2 新型接骨板	17-18
1.5 接骨板材料的发展	18-19
1.5.1 传统接骨板材料	18-19
1.5.2 新型接骨板材料	19
1.6 CF/PEEK复合材料的性能	19-23
1.6.1 PEEK的物理性能与生物相容性	19-21
1.6.2 碳纤维的性能	21
1.6.3 CF/PEEK复合材料的性能	21-23
1.6.3.1 机械性能	21
1.6.3.2 摩擦磨损性能	21-22
1.6.3.3 生物学性能	22-23
1.7 CF/PEEK材料的分类及在骨板方面的应用	23-26
1.7.1 CF/PEEK材料的分类	23-24
1.7.2 CF/PEEK复合材料在骨板方面的应用	24-26
1.8 接骨板的有限元模拟现况	26
1.9 本文的主要研究内容及意义	26-28
第2章骨折愈合机理和弹性静力学有限元理论	28-38
2.1 引言	28
2.2 骨折愈合机理	28-32
2.2.1 骨折愈合阶段及方式	28-29
2.2.1.1 骨折愈合阶段	28-29
2.2.1.2 骨折愈合方式	29
2.2.2 骨折愈合的生物力学	29-30
2.2.3 骨的力负荷调节理论	30-32
2.3 弹性静力学有限元理论	32-37
2.3.1 有限元基本思路	32
2.3.2 弹性静力学基本方程	32-37
2.4 ANSYS软件介绍	37
2.4.1 ANSYS软件的主要技术特点	37
2.4.2 ANSYS软件功能简介	37
2.5 本章小结	37-38
第3章 CF/PEEK固定骨折有限元模型的建立	38-46
3.1 引言	38
3.2 传统方法固定CF/PEEK骨板模型	38-43
3.2.1 方式一几何模型的建立	38-40
3.2.2 方式一有限元模型的建立	40-43
3.2.2.1 模型假设及所用材料参数	40
3.2.2.2 模型一网格的划分	40-42
3.2.2.3 模型一载荷及约束的施加	42-43
3.3 螺钉缺省型固定方式模型	43-45
3.3.1 方式二、三几何模型的建立	43-44
3.3.2 方式二、三有限元模型的建立	44-45
3.3.2.1 模型二、三网格的划分	44
3.3.2.2 模型二、三载荷及约束的施加	44-45
3.4 本章小结	45-46
第4章 CF/PEEK骨板固定效果研究	46-66
4.1 引言	46
4.2 方式一固定效果分析	46-53
4.2.1 方式一骨板内部受力分析	46-47
4.2.2 方式一骨板X向位移分析	47-48
4.2.3 方式一螺钉内部受力分析	48-50
4.2.4 完整骨内应变分析	50-52
4.2.5 断骨内应变分析	52-53
4.3 方式二、三固定效果分析	53-61
4.3.1 方式二、三板内应力分析	53-55
4.3.2 方式二、三螺钉内部受力的分析	55-58
4.3.3 方式二、三完整骨内应变分析	58-59
4.3.4 方式二、三断骨内应变分析	59-61
4.4 三种固定方式结果比较分析	61-65
4.4.1 三种方式板内应力分析比较	61-62
4.4.2 三种方式下板内X向位移分析比较	62
4.4.3 三种方式下螺钉内应力分析比较	62-63
4.4.4 三种方式下完整骨和断骨内应变分析	63-64
4.4.5 三种固定方式骨板固定效果综合比较	64-65
4.5 本章小结	65-66
第5章骨板设计依据的研究	66-86
5.1 引言	66
5.2 骨板材料的选择依据	66-69
5.2.1 材料的力学性能要求	66-68
5.2.1.1 刚度	66-67
5.2.1.2 强度	67
5.2.1.3 延展性	67
5.2.1.4 抗疲劳性	67-68
5.2.2 材料的生物相容性要求	68-69
5.2.3 其它性能要求	69
5.3 骨板力学性能分析的依据	69-73
5.3.1 刚度分析	70-72
5.3.2 强度分析	72-73
5.4 新型骨板外形、结构设计的原则	73-81
5.4.1 AO/ASIF设计的新型骨板	74-77
5.4.1.1 有限接触动力加压接骨板(LC-DCP)	74-76
5.4.1.2 点式接触内固定器(PC-Fix)	76-77
5.4.2 国内设计的新型骨板	77-80
5.4.2.1 梯形自身加压接骨板	77
5.4.2.2 U形接骨板	77-78
5.4.2.3 桥式系列接骨板	78-79
5.4.2.4 新型点状接触动力加压接骨板	79-80
5.4.3 新型骨板外形、结构设计的原则	80-81
5.5 螺钉的受力分析及固定	81-85
5.5.1 骨螺钉的类型	81
5.5.2 螺钉作用力分析	81-82
5.5.3 螺钉折断及松动原因分析	82-83
5.5.4 螺钉固定扭矩的大小	83
5.5.5 螺钉应用的趋势—带锁螺钉内固定器	83-85
5.6 CF/PEEK内固定骨板结构的确定	85
5.7 本章小结	85-86
结论	86-88
参考文献	88-93
攻读硕士学位期间发表的论文	93-94
致谢	94-95

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.205274



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