Biomechanical Analysis of a New Carbon Fiber/Flax/Epoxy Bone Fracture Plate Shows Less Stress Shielding Compared to a Standard Clinical Metal Plate
Notice bibliographique
Résumé
Femur fracture at the tip of a total hip replacement (THR), commonly known as Vancouver B1 fracture, is mainly treated using rigid metallic bone plates which may result in "stress shielding" leading to bone resorption and implant loosening. To minimize stress shielding, a new carbon fiber (CF)/Flax/Epoxy composite plate has been developed and biomechanically compared to a standard clinical metal plate. For fatigue tests, experiments were done using six artificial femurs cyclically loaded through the femoral head in axial compression for four stages: Stage 1 (intact), stage 2 (after THR insertion), stage 3 (after plate fixation of a simulated Vancouver B1 femoral midshaft fracture gap), and stage 4 (after fracture gap healing). For fracture fixation, one group was fitted with the new CF/Flax/Epoxy plate (n = 3), whereas another group was repaired with a standard clinical metal plate (Zimmer, Warsaw, IN) (n = 3). In addition to axial stiffness measurements, infrared thermography technique was used to capture the femur and plate surface stresses during the testing. Moreover, finite element analysis (FEA) was performed to evaluate the composite plate's axial stiffness and surface stress field. Experimental results showed that the CF/Flax/Epoxy plated femur had comparable axial stiffness (fractured = 645 ± 67 N/mm; healed = 1731 ± 109 N/mm) to the metal-plated femur (fractured = 658 ± 69 N/mm; healed = 1751 ± 39 N/mm) (p = 1.00). However, the bone beneath the CF/Flax/Epoxy plate was the only area that had a significantly higher average surface stress (fractured = 2.10 ± 0.66 MPa; healed = 1.89 ± 0.39 MPa) compared to bone beneath the metal plate (fractured = 1.18 ± 0.93 MPa; healed = 0.71 ± 0.24 MPa) (p < 0.05). FEA bone surface stresses yielded peak of 13 MPa at distal epiphysis (stage 1), 16 MPa at distal epiphysis (stage 2), 85 MPa for composite and 129 MPa for metal-plated femurs at the vicinity of nearest screw just proximal to fracture (stage 3), 21 MPa for composite and 24 MPa for metal-plated femurs at the vicinity of screw farthest away distally from fracture (stage 4). These results confirm that the new CF/Flax/Epoxy material could be a potential candidate for bone fracture plate applications as it can simultaneously provide similar mechanical stiffness and lower stress shielding (i.e., higher bone stress) compared to a standard clinical metal bone plate.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».