複合セラミック製人工股関節の耐用性検証とその予測精度向上を目指した新たな提言

新提案旨在验证复合陶瓷髋关节假体的耐用性并提高其预测精度

• 批准号: 20K12721
• 负责人: 高橋 康仁
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tokyo Medical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12721/
• 关键词: 人工股関節; 複合セラミックス; 加速エージング; 相変態; 残留応力; 構造健全性; 低温劣化

本研究では、最先端の人工股関節摺動部に利用されているアルミナ強化型ジルコニア(alumina-toughened zirconia；ATZ)およびジルコニア強化型アルミナ (zirconia-toughened alumina；ZTA)複合セラミックスを対象とし、含有するジルコニア相の低温劣化（low temperature degradation）への耐性について、相変態分率および残留応力値の経時変化から比較分析を行った。低温劣化速度は、高圧蒸気滅菌器を用いた加速エージング試験により検証し、生体内の60年間に相当する長期間のシミュレーションを実施した。さらに各摺動部表面に初期亀裂を印加し、微小亀裂の有無が相変態速度にどのように影響するかを調査した。ジルコニア含有量が多いATZの方が、ZTAに比べて低温劣化の速度および圧縮応力の増加速度が有意に早い結果であった。一方、ZTAでは60年相当のシミュレーションにおいても、低温劣化の進行は僅かであり、より優れた構造安定性を示した。このことから、ジルコニア含有量が低温劣化速度に影響する因子であることが示唆された。また微小亀裂の先端および周辺領域においては、相変態分率の局所的な増大を認めたが、低温劣化の進行速度には有意な影響を与えなかった。したがって、外部応力が作用する生体内環境においても、ZTA摺動面は長期間優れた構造安定性を示すことが期待できる。

In this study, we compared and analyzed the time-varying values of resistance to low temperature degradation, phase change fraction, and residual stress in the most advanced artificial femoral joints using alumina-toughened zirconia (ATZ) and zirconia-toughened alumina (ZTA) composite fibers. The low temperature degradation rate was accelerated by the use of high pressure steam sterilizers, and the long-term degradation process was carried out over a period of 60 years. Investigation on the influence of initial crack, microcrack and phase change velocity on the surface of each folding part The content of ATZ and ZTA is higher than that of low temperature degradation and acceleration of compression force. A square, ZTA, 60 years of equivalent, low-temperature degradation, structural stability The factors affecting the low temperature degradation rate are: Small cracks in the top and bottom of the field, phase change rate of the board, increase in recognition, low temperature degradation of the progress of the speed of intentional impact The structural stability of ZTA fracture surface is expected to be improved in the long term due to the influence of external forces on the internal environment.