骨水泥衬套对近端股骨支架载荷传递与应变能分布的影响——基于孔隙几何、尺寸、弹性模量及插入部位的多参数评估
《Journal of Functional Biomaterials》:Analysis of Structural Behavior of a Proximal Femur Bone Scaffold with a Cement Mantle According to Pore Geometry, Pore Size, and Cement Mantle Elastic Modulus
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时间:2026年10月25日
来源:Journal of Functional Biomaterials 5.9
摘要
骨水泥衬套会影响近端股骨支架的载荷传递。在圆形孔隙分析的基础上,本研究评估了孔隙几何形状、孔隙尺寸、骨水泥衬套弹性模量以及插入部位对应变能分布的影响。基于像素的有限元分析评估了108种条件:四种孔隙几何形状、三种孔隙尺寸、三种骨水泥衬套弹性模量和三种插入部位。采用平均绝对像素误差(MAPE)、三区域应变能共享比(SESR)以及逐像素中位数和四分位距(IQR)对正常骨模型(MN)、无骨水泥衬套支架(MS)和有骨水泥衬套支架(MSC)进行比较。在支架区域(SR)中,所有108种条件下MSC的MAPE均低于MS,同时伴随正应变能偏差的减弱,且在大多数条件下支架总应变能向正常骨参考值靠拢。这种减少与应变能幅值的变化相吻合;目前的比较无法将空间模式的独立变化与这些幅值变化区分开来。随着骨水泥衬套弹性模量的增加,MAPE呈下降趋势。在周围骨区域(SBR)中,MSC在股骨头和粗线间区域的应变能分布更好地匹配正常骨模型;股骨颈的响应有所不同。骨水泥衬套的应用降低了SR的应变能占比,增加了骨水泥衬套区域(CMR)的占比。逐像素中位数和IQR在SR中通常降低,在CMR中增加;SBR的变化较小且取决于部位。骨水泥衬套作为中间载荷传递部件,修改了区域间的共享和区域内的分布。其应用及弹性模量需结合孔隙设计和插入部位进行评估,以维持支架的机械刺激。
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