全髋关节置换后聚乙烯内衬应力的弹塑性有限元分析

目的研究全髋关节假体中聚乙烯内衬在髋臼不同植入方向和不同直径股骨头时,在平地行走和上楼等不同运动状态下关节面白的接触应力水平。方法建立金属髋臼、聚乙烯内衬以及相应直径股骨头的三维有限元模型,在股骨头中心加载关节负荷,非线性接触弹塑性分析内衬关节面的接触应力。结果髋臼植入的前倾、外展角度不同和股骨头直径变化以及不同运动状态对内衬应力水平均有一定的影响。上楼等高负重运动以及股骨头直径减小均可增加内衬的应力,直径小于28 mm的股骨头在上楼时内衬的应力水平可超过聚乙烯的屈服强度;髋臼前倾(0°～30°)和外展(30°～60°)角度变化对平地行走时内衬应力水平的波动在20%左右,应力水平均低于其屈服强度,但是在上楼时前倾和外展角度的增加均可增加内衬的应力,前倾大于15°时应力峰值均超过聚乙烯的屈服强度。结论全髋关节置换手术可考虑选择股骨头直径较大的髋臼假体,并且严格控制髋臼植入在安全范围内,术后避免或减少上楼等高负重活动均有利于减少对内衬的破坏。