氧离子注入增强人工关节软骨材料—UHMWPE的耐磨性

用高能离子注入机对超高分子量聚乙烯 (U HMWPE)进行了 O+注入改性 ,注入能量为 4 5 0 ke V和 10 0ke V,剂量分别为 1× 10 1 5/cm2 ,5× 10 1 5/cm2和 1× 10 1 6 /cm2。以 Si3N4 球为上销样 ,UHMWPE为下盘样组成摩擦副 ,在销盘摩擦试验机上评价它们在干摩擦和蒸馏水润滑条件下的磨损性能。结果表明 ,几种注入工艺均增强了UHMWPE的耐磨性 ,但提高了其摩擦系数 ,其中以能量为 4 5 0 Ke V,剂量为 5× 10 1 5/cm2的注入样品耐磨性最好。未注入 U HMWPE的磨损主要表现为黏着、塑性变形和犁沟 ,注入 U HMWPE的磨损主要为表面硬化层疲劳裂纹的萌生、扩展。

氮离子注入超高分子量聚乙烯的生物摩擦学性能

用高能离子注入机对超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)进行N+ 注入改性 ,注入能量为 45 0KeV ,剂量分别为 5× 10 14 /cm2 ,2 .5× 10 15/cm2 和 1.2 5× 10 16/cm2 。以ZrO2 球为上销样 ,UHMWPE为下盘样组成摩擦副 ,在销盘摩擦试验机上评价它们在干摩擦、蒸馏水和血浆润滑条件的摩擦磨损行为。结果表明 ,几种剂量N+ 注入均提高了UHMWPE的摩擦系数 ,增强了其在血浆润滑条件下的耐磨性。未注入UHMWPE的磨损表现为粘着、疲劳、塑性变形和犁沟 ,注入UHMWPE的磨损主要为磨粒磨损。

人工关节磨损颗粒的分形表征及分类特征分析

目的研究膝关节模拟实验条件下超高分子量聚乙烯（UHMWPE）磨损颗粒的形态及分形表征,对磨损颗粒进行分类特征分析,探讨分形维数与磨损状态的相关性。方法采用膝关节模拟器以实现模拟膝关节磨损运动,股骨、衬垫分别选用医用锻造CoCrMo合金和UHMWPE。磨损颗粒提取依据标准ISO 17853进行,利用磨粒轮廓自动提取与分形识别系统对磨损颗粒进行分形分析,采用网格划分、聚类分析和遗传模拟退火算法3种模型对磨粒进行分类识别。结果 UHMWPE单体磨粒的分形特征明显,尺寸较大的条形磨屑过渡到尺寸较小的类球形磨粒时,雷达分形维数不断减小,球状磨粒的分形维数D接近0。遗传模拟退火算法模型磨粒群体分类划分的分形维数内加权误差平方和最小,聚类特征明显。当磨损运行周期较低时,分形维数较大的条状、针叶状和纤维状磨粒占比较大,磨损以犁沟和剥落磨损为主;随磨损周期的延长,大分形维数磨粒占比下降,低分形维数的片状、块状和类球状磨粒占比上升,磨损向疲劳磨损和黏着磨损转变,磨损状态过渡到复合磨损期。当进入稳定磨损期后,各类形态磨粒的占比例变化不大。由于小尺寸磨粒的数量增加,群体分形维数有所减小。结论以改进雷达图分形方法为基础的磨粒轮廓自动提取与分形识别系统,可用于人工关节磨损颗粒的形态轮廓提取、分形维数计算和参数统计,为人工关节磨粒的识别和诊断提供新的数字化分析工具。

陶瓷对陶瓷人工髋关节的磨擦界面特征

背景:陶瓷对陶瓷人工髋关节假体在临床上已有一定的应用,在表面磨擦、磨损和润滑方面占有优势,具有很大的研发潜力。目的:评价陶瓷对陶瓷人工髋关节表面磨擦、磨损和润滑特性。方法:将金属对超高分子量聚乙烯、金属对金属以及陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的磨损界面研究进行分析,了解氧化铝陶瓷材料的结构特点、制备工艺以及磨损参数,并分析陶瓷对陶瓷人工髋关节置换治疗的效果,与其它假体材料进行对比。结果与结论:①金属对超高分子量聚乙烯人工髋关节抗磨损性能差,使磨损颗粒进入关节和周围组织,造成骨溶解和松动。②金属对金属人工髋关节的磨损性能较金属对超高分子量聚乙烯假体有很大改善,骨溶解的发生率非常少,但由于磨损颗粒可散布于体内各脏器和体液中,使用时要注意避免发生过敏反应和毒性。③体外试验和体内试验证明陶瓷对陶瓷人工髋关节具有良好的摩擦、磨损、润滑性能,临床治疗长期随访结果显示陶瓷对陶瓷人工髋关节假体置换后无磨损颗粒,不会发生骨溶解。对于年龄较小,并且对髋关节活动度有较高要求的患者,陶瓷对陶瓷人工髋关节是治疗的首选。随着陶瓷对陶瓷人工髋关节假体设计和材料学的发展,通过改进假体的机械学特性,提高摩擦界面的耐磨性能和润滑机制,陶瓷对陶瓷人工髋关节假体的远期临床疗效将更加满意。