Numerical simulation of microstructure and internal stresses of the modified bone cement

Microstructure of bone cement modified by an aqueous solution of an enzyme - salmon calcitionin was considered. A statistical description of the porosity of obtained cements as a result of the modification has been done. Statistical data were used to create the microstructure models in a programme being in agreement with FEM technique. Simulations were carried out on the structures of two types of pores, i.e. those containing water and empty ones. Modification with aqueous solutions of agents affects the structure and properties of the bone cements were observed. This is caused by the formation of pores filled with the aqueous solution. Microstructure simulations confirmed a manner of modified cement cracking was observed on the fractures. The formation of pore agglomerations where concentrating stresses may bring about the appearance of dangerous microfractures was proved.

---

Analizowano mikrostrukturę cementu kostnego nowej generacji modyfikowanego wodnym roztworem enzymu - kalcytoniny łososiowej, stosowanego w aloplastyce stawu biodrowego. Wykonano statystyczny opis porowatości cementu po modyfikacji, stanowiący podstawę opracowania metodą elementów skończonych modelu mikrostruktury cementu. Wykazano, że domieszkowanie wodnymi roztworami modyfikatorów ma wpływ na mikrostrukturę i właściwości cementów kostnych. Spowodowane jest to tworzeniem porów wypełnionych wodnymi roztworami modyfikatorów i powietrzem. Pierwszy rodzaj porowatości w mniejszym stopniu niż pory wypełnione powietrzem zmniejsza właściwości mechaniczne cementów. Wykazano powstawanie aglomeracji porów, w których koncentrujące się naprężenia mogą powodować pojawianie się mikropęknięć.