实验性胫骨延长时关节接触压力分析

目的 :为阐明延长诱发关节软骨损伤的力学机制提供参考。方法 :以新鲜离体兔胫骨干骺端截骨微型半环槽式外固定器不同增量牵伸延长为实验模型 ,利用压力传感器测定延长后即刻、3min、5min时膝关节接触压力值变化 ,同时测定骨延长幅度。结果 :( 1)关节接触压随延长幅度加大而加大 ,当骨延长幅度低于 6%时 ,接触压增加趋势尚缓 ,但此后则上升趋势明显加快 ,尤以 1.5mm/次组为甚 ,0 .5及 1mm/次组上升趋势相似。 ( 2 )延长后即刻、3min、5min3个时相点的关节接触压无显著性差别 (P >0 .0 5 )。 ( 3 )固定器牵伸长度与骨延长幅度呈线性关系 ,但后者具有滞后性。结论 :肢体延长可导致关节接触压增大 ,并与延长速度及幅度成正比 ,因而有诱发关节软骨高应力损伤的可能。

股骨假体材料对人工膝关节置换性能的影响

背景:股骨假体无菌松动是影响膝关节置换后寿命的重要问题之一,高分子聚乙烯衬垫磨损产生的颗粒和应力遮挡是引起这种松动的主要原因,均与股骨假体材料有关。目的:采用有限元法分析股骨假体材料对膝关节股骨远端应力和胫骨衬垫上接触压力的影响,方法:利用Abaqus有限元软件分别建立钛合金、钴铬合金、钛-羟基磷灰石功能梯度生物材料(FGBMⅠ)、钛-生物活性玻璃功能梯度生物材料(FGBMⅡ)4种材料的膝关节置换模型,赋予假体不同材料属性,研究股骨假体在不同材料下股骨中重要易损路径的应力分布情况和胫骨衬垫上的接触压力变化。结果与结论:①与钛合金和钴铬合金相比,功能梯度生物材料(FGBM)可明显增大股骨-假体界面处应力和股骨重要易损区域路径中的应力,其中以FGBMⅠ增加最显著;②接触压力云图显示,FGBMⅠ、FGBMⅡ假体在聚乙烯衬垫的最大应力比钴铬合金假体分别降低了20.41%和19.98%,比钛合金假体分别降低了20.07%和19.63%;③结果表明,功能梯度生物材料可在股骨远端产生更高的应力,同时在聚乙烯衬垫上产生更小的接触压力,减少应力遮挡和聚乙烯衬垫磨损,且FGBMⅠ功能梯度材料效果显著。