不同材料髋关节假体边缘负载动力学仿真参数研究

发布时间：2020-12-07 18:07

　　因边缘接触引发的假体磨损是导致髋关节置换手术后关节假体失效的主要原因,目前临床上常用三种类型的髋关节假体:陶瓷对陶瓷,金属对金属以及金属对超高分子聚乙烯,这三种假体在使用过程中被证实均存在股骨头与臼杯边缘接触问题。虽然前人利用髋关节模拟机和有限元方法对假体边缘接触产生的磨损问题进行了研究,但并未探究边缘接触的持续发生时间以及边缘接触力值的大小。对上述三种材料髋关节假体在分离条件下边缘接触机制分别进行了探究,并对股骨头直径尺寸以及股骨头与臼杯径向间隙等可能影响假体边缘行为的设计因素进行了探讨。结合SolidWorks与Adams等三维建模软件构建髋关节假体三维动力学模型,假体运动条件为模拟步态条件。在Adams软件中加入弹簧,用来实现股骨头心与臼杯旋转中心之间的分离条件,使模型可以有效模拟股骨头与臼杯的边缘接触。经过验证证明了模型的有效性,并确定了三种假体模型的接触刚度系数。从最终的动态分离曲线来看,符合实际髋关节运动规律。对三种材料髋臼假体边缘接触进行参数仿真研究后发现:臼杯外展角,股骨头与臼杯在水平方向上的分离距离都会对髋关节假体的边缘负载情况产生较严重的影响,较小的臼杯外展角与初始... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

人体髋关节解剖示意图

中北大学学位论文3内的屈伸运动，此时髋关节有着165°的活动范围。在冠状面内的外展内收运动，其中外展角度为20°，内收可达45°。水平面内，内侧与外侧的旋转运动分别可达70°和90°。在不同步态情况下，髋关节的运动范围会被限制，实际分析过程中，以正常人体一个步态周期内的髋关节运动(如图1-3所示)进行探究，分为着地与离地两种步态方式，当脚后跟着地和前脚趾离地时，受到地面对关节的反作用力，此时髋关节的受力达到峰值。而腿在空中摆动的这段时期，由于关节没有外部载荷作用，仅仅受到周围软组织，肌肉对其的作用力，此时髋关节受力为整个步态周期的最小值。图1-2三种髋臼假体(从左到右依次为陶瓷-陶瓷，金属-金属，金属-超高分子聚乙烯）实物图Figure1-2Threekindsofacetabularprostheses(fromlefttorightareceramic-ceramic,metal-metal,metal-ultra-highmolecularpolyethylene)physicalpicture图1-3完整步态周期示意图附注1-3人体行走时完整步态示意图，包括脚后跟着地，脚面着地，脚尖离地，脚后跟再次着地Figure1-3Schematicdiagramofthewholegaitcycle

中北大学学位论文3内的屈伸运动，此时髋关节有着165°的活动范围。在冠状面内的外展内收运动，其中外展角度为20°，内收可达45°。水平面内，内侧与外侧的旋转运动分别可达70°和90°。在不同步态情况下，髋关节的运动范围会被限制，实际分析过程中，以正常人体一个步态周期内的髋关节运动(如图1-3所示)进行探究，分为着地与离地两种步态方式，当脚后跟着地和前脚趾离地时，受到地面对关节的反作用力，此时髋关节的受力达到峰值。而腿在空中摆动的这段时期，由于关节没有外部载荷作用，仅仅受到周围软组织，肌肉对其的作用力，此时髋关节受力为整个步态周期的最小值。图1-2三种髋臼假体(从左到右依次为陶瓷-陶瓷，金属-金属，金属-超高分子聚乙烯）实物图Figure1-2Threekindsofacetabularprostheses(fromlefttorightareceramic-ceramic,metal-metal,metal-ultra-highmolecularpolyethylene)physicalpicture图1-3完整步态周期示意图附注1-3人体行走时完整步态示意图，包括脚后跟着地，脚面着地，脚尖离地，脚后跟再次着地Figure1-3Schematicdiagramofthewholegaitcycle

【参考文献】：
期刊论文
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[3]第4代全陶瓷全髋关节置换后陶瓷部件碎裂的因素分析[J]. 周驰,何伟,刘予豪,郭海,唐宏宇,张罡瑜,王海彬.  中国组织工程研究. 2018(35)
[4]全陶界面与金属-聚乙烯界面在人工全髋关节置换术后的早期临床效果比较[J]. 沈阳,黄环宇,万宗文.  实用临床医药杂志. 2018(19)
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[6]磨损颗粒诱导髋关节置换后假体周围骨溶解的相关生物学机制[J]. 李文博,宋科官.  中国组织工程研究. 2018(03)
[7]髋关节置换过程中假体位置的有限元分析[J]. 贾金领,董玉珍.  中国组织工程研究. 2017(03)
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[9]人工髋关节置换术治疗老年股骨颈骨折的效果[J]. 海拉提·瓦提别克.  世界最新医学信息文摘. 2016(26)
[10]局部解剖与推荐的假体定位方向在全髋关节置换术中的对比研究[J]. 李锐,赵娜,裴晓东.  中国骨与关节损伤杂志. 2016(02)

硕士论文
[1]人工髋关节力学分析和优化设计[D]. 朱慧.广西工学院 2012
[2]超高分子量聚乙烯的扭动微动磨损研究[D]. 俞佳.西南交通大学 2008



本文编号：2903687