股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响

背景:股骨假体无菌松动是影响膝关节置换后寿命的重要问题之一,高分子聚乙烯衬垫磨损产生的颗粒和应力遮挡是引起这种松动的主要原因,均与股骨假体材料有关。目的:采用有限元法分析股骨假体材料对膝关节股骨远端应力和胫骨衬垫上接触压力的影响,方法:利用Abaqus有限元软件分别建立钛合金、钴铬合金、钛-羟基磷灰石功能梯度生物材料(FGBMⅠ)、钛-生物活性玻璃功能梯度生物材料(FGBMⅡ)4种材料的膝关节置换模型,赋予假体不同材料属性,研究股骨假体在不同材料下股骨中重要易损路径的应力分布情况和胫骨衬垫上的接触压力变化。结果与结论:①与钛合金和钴铬合金相比,功能梯度生物材料(FGBM)可明显增大股骨-假体界面处应力和股骨重要易损区域路径中的应力,其中以FGBMⅠ增加最显著;②接触压力云图显示,FGBMⅠ、FGBMⅡ假体在聚乙烯衬垫的最大应力比钴铬合金假体分别降低了20.41%和19.98%,比钛合金假体分别降低了20.07%和19.63%;③结果表明,功能梯度生物材料可在股骨远端产生更高的应力,同时在聚乙烯衬垫上产生更小的接触压力,减少应力遮挡和聚乙烯衬垫磨损,且FGBMⅠ功能梯度材料效果显著。