有限元分析方法在股骨假体受力和假体头颈结合部微磨位移分析中的应用

摘要

目的：本课题第一部分使用有限元分析方法分析了不同颈干角对股骨假体受力的影响。微磨指的是两种材料间的微小相对移动(低振幅振荡滑动)，其中一种材料受到循环往复的机械外力的作用。髋关节股骨假体的头颈结合部存在着这种微磨，它是一系列危及假体的损伤的始作俑者。微磨会导致金属表面钝化膜的破坏，使金属暴露于有侵蚀性的体液环境中。最具危害的是微磨会导致金属微粒和金属离子的释放。它经常会给其他形式腐蚀创造条件，如裂隙，麻点状腐蚀斑或粗糙面。微磨还会降低金属的疲劳寿命。尽管与假体关节面相比，头颈接合部的表面相当小，但是在人工髋关节置换术后的长期临床结果中，此方面的问题越来越受到重视。现在关于这一方面的研究还非常少，而且交界面机械作用力、表面损伤和腐蚀的复杂性给描述和定义这一现象造成了很多困难。本课题第二部分采用有限元的分析方法分析了在髋关节合力的作用下组配式髋关节假体头颈结合部因其相对微动而产生的磨蚀，着重在于锥度、头的直径、头的材质和颈的材质与此种磨损的关系，并为假体设计提供帮助。结论：本课题表明有限元分析方法在分析股骨假体受力和髋关节头颈结合部问题的可行性、可信性。本研究显示，颈干角在136度左右时股骨假体的应力分布趋于合理。同时表明要想达到髋关节组配式假体头颈结合部的最小微磨位移应由直径和弹性模量均较大的头与锥度和弹性模量均较大的颈组成。虽然本课题为计算机模拟模型，设定的条件均是在理想状态下的，并没有考虑在体内复杂环境下假体的情况，所加载的外力也是髋关节的假定外力，但是仍可以对假体的设计提供帮助。我们可以通过改变股骨假体头的直径和材质和假体颈的锥度和材质以使头颈结合部的微动(磨损)降至最低，进一步减低微磨对于髋关节假体寿命的影响。同时本课题也为我们进行假体研究提供了一种方便可行的办法。

目录

前言

第一部分股骨颈干角对股骨假体受力分布的影响

一、材料和方法

二、结果

第二部分股骨头颈结合部微磨位移的有限元分析

一、材料和方法

结果

讨论

一、基于CAD的有限元分析方法

二、股骨假体受力的分析

三、有限元分析方法对组配式假体头颈结合部微磨腐蚀的研究

（一）微磨腐蚀的概念及其对髋关节置换的影响

（二）微磨腐蚀的研究方法和本课题所使用的方法

（三）、关于微磨腐蚀的临床研究

（四）与微磨腐蚀有关的因素

（五）、THA术后微粒形成对全髋关节置换的影响

（六）、实验条件下股骨假体头颈结合部的受力情况及各种因素对微磨位移的影响

（七）、研究头颈结合部微磨位移时需要考虑的问题

结论

参考文献

致谢