● 摘要
目前形状记忆合金已在骨科临床得到广泛应用,但人们对于其某些生物力学特性了解还不够深入。本文基于自然科学基金课题——“康复工程中的生物力学”计划及当前骨科临床的实际需求,针对Ni-Ti 合金内固定器进行研究,重点解决抵抗对回复力影响的关键问题;自主开发并完善了形状记忆合金温控测力平台,并通过具体试验对抵抗作用下的回复力大小进行了测量和分析,使骨科内固定器的生物力学研究迈进了重要的一步。 通常来说,材料本身的形状回复过程是受抵抗影响的。在植入过程中,任何微妙的受力差异都将会反映到骨组织的愈合上。本文首先介绍了骨折愈合与应力环境之间的关系,得出生物力学指标对于骨愈合的重要性。然后着眼形状记忆合金内固定器的回复过程和测量需要,对内固定器和抵抗物的材料进行了选择,并对实际测量的回复路径和模型进行了阐述。 在对回复过程的影响因素充分了解的基础上,结合力学测量原理,针对形状记忆合金开发了温控测力平台。主要的技术难点体现在:1.建立了整体温控模块,为精确测量SMA 的力学性能提供了科学的方法;2.开发了靠齿条齿轮调节位移的夹持装置,将齿轮的旋转运动通过齿条转变成直线运动,从而实现类似于材料试验机的横梁移动的功能;3.在系统中的合适位置嵌入了测力传感器,从而实现力的测量功能。 基于以上的技术基础,在温控测力平台下,具体针对骨科常用的形状记忆合金内固定器Ni-Ti 合金骑缝钉和骨卡环,通过实验研究其在不同抵抗作用下回复力大小的变化规律,结果发现其回复力在不同开口的情况下变化幅度较宽,且开口端的最大回复力随着开口高度的增大呈明显的增长趋势。对于骨卡环,可以找到一个对应于所施位置骨直径的最适骨卡环初始直径。另外,构型的不同对于回复力也有着不同的影响。这些结论为骨科器械临床应用和设计开发提供了很多有价值的依据。
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