人工髋关节不同材料假体对骨界面的应力分布研究

[目的]通过计算机三维有限元方法,了解在应力状态下不同材料的人工髋关节假体组合对骨界面的应力分布规律,从生物力学角度为人工髋关节的临床应用和设计制造提供有益的参考。[方法]采用三维有限元法对全髋置换前后进行单髋站立生物力学测试,分析假体植入前后股骨和髋臼总体的应力模式和植入后各种组合的假体对骨界面的应力分布规律。[结果]1、各种假体置换后等效应力(vonMises)峰值均位于假体远端相应股骨区域,但应力峰值有所下降,以股骨距区下降最为明显,遮挡率最大,而以弹性模量较钛合金低的CFR/PSF作为柄的股骨的相应区域的遮挡率较低。2、各种组合的假体对股骨界面的应力从近端至远端均呈逐渐增高趋势,而对于相同的柄比较而言,不管是金属-金属、陶瓷-陶瓷、陶瓷-聚乙烯还是金属-聚乙烯组合,其相应界面应力值无明显差别(P>0.05),但以CFR/PSF作为柄对股骨相应界面存在较高的应力。3、置换前在髋臼顶穹部存在较高应力,并逐渐向周围递减;置换后应力主要集中在髋臼的周边区域,但从髋臼顶部→后下→前下呈逐渐递减趋势;而在相同区域的不同组合其界面应力值无明显差别(P>0.05)。[结论]1、各种假体植入后均在股骨距处形成较高的应力遮挡,而用弹性模量较低的CFR/PSF作为柄,其股骨相应区域的应力遮挡率较低,但股骨相应界面应力较大,而界面应力过大是产生假体微动主要因素。2、股骨界面从近端至远端呈逐渐增高趋势的应力规律符合该假体的设计原理;相同假体柄的不同组合其股骨和髋臼相应界面应力值无明显差别,实验表明力学因素并不是选择假体组合的主要标准。