活动式与固定式UKA衬垫的接触力学和磨损对比研究

目的采用计算机模拟方法对比研究ISO 14243-1∶2009力控制标准测试条件下单髁膝关节置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)活动式与固定式衬垫的接触力学和磨损性能。方法采用有限元方法分析两种衬垫在测试条件下的接触应力和von Mises应力,并采用磨损预测模型模拟5 MC(million cycles,百万次循环)步态周期工况获得两种衬垫的线性磨损深度、磨损体积。结果磨损前活动式与固定式衬垫的最大接触应力分别为15.7、44.3 MPa,最大von Mises应力分别为11.94、23.33 MPa。随着磨损加剧,活动式衬垫的最大接触应力和von Mises应力先减小后趋于稳定,而固定式衬垫的基本保持不变。固定式衬垫的线性磨损深度为活动式的1.5倍,但活动式衬垫的磨损体积是固定式的5.4倍,且活动式衬垫的背部磨损体积占其总磨损体积的70%。结论与固定式UKA衬垫相比,活动式UKA衬垫具有较低的接触应力与von Mises应力,但有较大的磨损体积。活动式衬垫背部磨损是磨屑增加的另一个重要来源。