一款采用水凝胶制造的尖端椎间盘假体在患者体内发生灾难性失效。该植入物在扭转载荷下解体，产生的颗粒危及佩戴者安全。法医分析结合了显微CT与Abaqus生物力学模拟，以确定材料的水合率是否改变了其抗剪切强度，揭示了生物材料设计中的一个关键点。
三维重建与剪切磨损模拟 🔬
法医团队利用Volume Graphics中的显微CT对取出物进行数字化处理，获得了高分辨率点云。通过Materialise Mimics对断裂区域和磨损颗粒进行分割。随后，在Abaqus中模拟了水凝胶在循环扭转载荷下的行为，并改变水合程度。结果显示，高水合度会急剧降低材料的剪切模量，导致微裂纹扩展直至植入物完全解体。有限元模拟精确复现了显微CT中观察到的失效模式，验证了该假设。
医用植入物材料疲劳的教训 ⚙️
本案例表明，生物力学模拟不仅可用于设计，还可用于调查实际失效。显微CT与Abaqus的结合能够将材料的微观结构与其在疲劳下的力学响应相关联。对于行业而言，显然必须严格控制水凝胶的水合率作为制造参数。吸水性的微小变化可能将创新植入物转变为患者风险。
如何将原位显微CT测量的水凝胶循环疲劳参数，与通过Abaqus本构模型获得的水合失效预测相关联？
(附注：材料疲劳就像你模拟10小时后的状态一样。)