复合人工髋关节骨结合区力学行为的有限元分析

同种异体骨复合人工髋关节置换术后不同时期,人工髋关节、骨水泥及其周围骨,特别是宿主骨和异体骨结合区的生物力学数据是复合关节设计、手术及术后康复训练方案制定的重要依据之一。基于患者的CT扫描数据,建立复合人工髋关节移植治疗股骨近端骨缺损的三维有限元模型,选用1.5倍、2.5倍70Kg标准体重进行生理加载,计算术后结合区骨愈合3个阶段的力学性质。结果表明,术后初期,结合区弹性模量较低,在其中部及周围骨水泥中有较严重的应力集中,骨水泥中的最大应力超过了其抗压强度,存在失效风险;随着结合区的愈合,结合区组织由骨痂发展为自然皮质骨,组织的弹性模量逐渐增高,结合区中的应力屏蔽得到改善,骨水泥中的应力集中同时得到缓解,并最终接近自然骨。采用多孔羟基磷灰石生物陶瓷(HA)作为骨组织支架材料充填结合区,可有效降低结合区的应力屏蔽,提高其力学安全性。