人工膝关节假体参数化设计影响因素与现状分析

背景：人工膝关节假体参数化设计是降低假体损耗、提高假体生存率的有效办法,但目前尚缺少对于人工膝关节假体参数化研究的综述性分析。目的：总结全膝关节置换假体的失效形式,综述膝关节假体参数化设计的研究进展并提出建议。方法：以“TKA,Knee prosthesis,Tibial liner,Parametric design,Prosthesis replacement,Prosthesis loosening,Failure mode,Durability,Kinematics”为英文检索词,以“全膝关节置换、膝关节假体、胫骨衬垫、参数化设计、无菌松动、失效形式、运动学、接触力学”为中文检索词,检索Pub Med、Embase、中国知网、万方和维普数据库中的相关文献,最终纳入64篇文献,从人工膝关节假体失效形式、膝关节假体参数化设计发展历程、完善膝关节假体参数化设计3方面对膝关节假体的研究进行综述分析。结果与结论：（1）无菌性松动、假体感染、假体失稳以及胫骨衬垫磨损是膝关节假体的主要失效形式。假体植入人体后需保留数年,假体损坏、骨质流失、原有膝关节平衡的破坏等都会对病情恢复与人体健康产生不...     

复合材料与金属材料髋关节假体应力分布的三维有限元分析

目的对钛合金、碳纤维增强聚砜(CFR/PSF)复合材料、CoCrMo合金和小锈钢假体的性能进行对比,研究复合材料与金属材料髋关节假体应力分布情况。方法采用ANSYS软件对髋关节假体进行了静态三维有限元分析,对比了不同材料的假体表面的应力分布情况,分析了正应力和剪切应力对假体的影响。结果假体的下半部和柄颈结合处受力较大,为假体的关键部位。结论钛合金和碳纤维增强聚砜(CFR/PSF)复合材料假体要比CoCrMo合金和不锈钢假体具有更好的应力分布,其临床应用效果将会更加理想。     

定制肿瘤假体断裂因素与假体设计

背景：因肿瘤型假体置换后并发症而再次手术的患者不断增加,其定制肿瘤假体的断裂是原因之一。 目的：总结分析定制肿瘤假体发生断裂的原因,以及其与假体设计的关系。 方法：以“定制肿瘤假体,假体断裂”为中文关键词;“Custom-made prosthesis, Endoprosthesis fatigue fracture”为英文关键词。采用计算机检索2000-01/2010-12相关文章。纳入与有关定制肿瘤假体设计及假体断裂翻修相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以14篇文献为主重点进行了讨论。 结果与结论：假体断裂的原因主要有假体设计缺陷,假体材料、加工工艺不合格,放置失误,手术软组织重建困难及缺少骨支撑等方面。通过了解肿瘤假体应力集中部位及应力峰值,可以预测内固定系统的寿命。     

基于拓扑优化的股骨柄假体生物力学的研究

本研究利用拓扑优化的方法对股骨柄假体进行结构优化,研究不同保留阈值下假体体积对力学性能的影响,并探索优化假体对股骨的影响.利用股骨假体三维模型建立有限元模型,拓扑优化后保存5个不同保留阈值的模型,对其进行力学性能分析,并对比初始假体与一例优化假体置入对股骨的内固定效果.优化前假体的柔度为123.06 mJ,应力为179...     

定制型人工髋假体研究应用

假体松动是目前导致人工髋部假体置换术失败的主要原因。人类股骨上段骨髓腔大小形状差异显著,以致通常设计的髋假体柄在多数情况下不能与骨髓腔形成解剖匹配,接触面小,假体-骨界面应力分布不合理,显著影响假体-骨结合面的稳定性。近几年,按人配制的定制型人工髋假体的研究应用已受到重视。本文介绍发展定制型人工髋假体的依据、定制型人工髋假体的设计研究与临床应用以及定制型假体尚有待解决的问题。     

髋关节假体脱位分析软件的设计与开发

目的:研发了髋关节假体脱位分析软件.软件基于ADAMS/VIEW软件进行二次开发,能够可视化的构建三维参数化的髋关节假体模型,模型能够模拟假体的六种运动.应用此软件可以为病人更好的选择和植入假体,评估各种髋关节假体的安全活动范围,用来设计新的关节假体.     

个性化踝关节假体的设计及三维有限元分析

目的针对当前踝关节假体失效率高、临床应用风险大的问题,提出一种个性化解剖型踝关节假体的设计。方法首先建立正常人体足踝系统的三维有限元非线性模型,对模型的有效性进行验证;设计解剖型踝关节假体,对全踝关节假体置换进行几何仿真,建立假体-足踝系统的三维有限元模型;施加步态载荷,计算分析假体的生物力学特性。结果正常踝关节系统足底最大接触应力为214.6 k Pa,足骨最大等效应力为8.96 MPa。对比文献与仿真所得足底反力与足骨应力,验证了正常足踝有限元模型的可靠性。假体植入后,仿真所得距骨钛合金假体、聚乙烯衬垫、胫骨假体等效应力峰值分别为23.88、19.24、73.01 MPa,足踝假体应力相较正常足踝应力有大幅度上升。结论有限元分析的对比结果考察了个性化踝关节假体的可行性,为进一步假体设计优化以及临床应用提供参考。     

视觉假体的发展与研究

目的:介绍国内外主要视觉假体研究小组的研究进展,讨论了视觉假体研究的重点与难点。方法:回顾并分析了植入在视皮层、视神经、视网膜的三种视觉假体的功能特点和其优缺点。结果:视觉假体在未来发展的最大障碍已不再是假体的设计加工和手术技术,而是如何在假体与大脑之间进行有效信息传递。结论:目前视觉假体仍未能满足失明患者日常需要,开发具有完整功能的视觉假体有着广阔的空间。     

全膝关节置换固定和旋转平台假体的有限元分析

背景:目前有研究对全膝关节置换进行三维有限元分析,但关于全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积的研究不多。目的:探讨全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积。方法:建立全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体的三维有限元模型,比较全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积。结果与结论:全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体的聚乙烯衬垫内侧和外侧接触压峰值以屈膝0°时最小,全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内侧接触压峰值在屈膝0°-90°时均高于外侧接触压峰值(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体在屈膝60°-120°时聚乙烯衬垫内外侧接触压峰值均高于旋转平台内外侧接触压峰值(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内侧和外侧接触面积以屈膝0°时最大。全膝关节置换固定平台假体聚乙烯衬垫内侧接触面积在屈膝0°-30°时均低于外侧接触面积(P<0.05),全膝关节置换固定平台假体聚乙烯衬垫内侧接触面积在屈膝0°-90°时均低于外侧接触面积(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体在屈膝30°-120°时聚乙烯衬垫内外侧接触面积均低于旋转平台内外侧接触面积(P<0.05)。表明全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体内外侧聚乙烯衬垫内侧接触压峰值高于外侧接触压峰值,内侧接触面积低于外侧接触面积,旋转平台假体的内外侧接触压低于固定平台假体,旋转平台假体的内外侧接触面积高于固定平台假体。     

组配式髋表面置换股骨头假体植入后股骨近段应力变化的有限元分析

目的研究组配式髋表面置换股骨头假体植入后,股骨近段及假体周围骨质区应力分布的变化。方法建立正常股骨近段、传统表面髋置换假体(本实验选用Wright假体)、组配式表面髋假体三维有限元模型,关节加载后分析假体植入前后股骨近段应力分布变化,并对股骨近端假体周围区域骨质应力分布进行分区量化研究。结果传统假体沿着杆体周围骨质上有多处的应力集中区域,在股骨颈的下方(4、10区)应力明显增加,股骨头上方假体杯下缘(1、7区)应力遮挡;组配式假体螺钉周围骨质上虽有应力集中,但是数值相对较小,股骨颈下方(4、10区)应力分布接近正常股骨。结论与传统表面髋假体置换相比,组配式假体在股骨颈下方区域有较好的应力分布,接近正常股骨,降低了股骨颈骨折的危险。     

三组件式全踝关节置换假体的设计及应用现状

背景:早期的全踝关节置换假体,由于对踝关节生物力学的认识不足,较高的置入失败率和并发症发生率使得外科医生放弃了这种治疗方案。随着踝关节假体设计理念的不断更新,全踝关节置换越来越受到外科医生的青睐。目前,三组件式全踝关节置换假体被认为更符合正常踝关节生物力学的要求,并且被逐步推广应用于临床。目的:了解踝关节生物力学,总结3种三组件式全踝关节置换假体的设计特点,为进一步的假体设计总结经验。方法:由第一作者应用计算机检索CNKI、Pub Med等数据库建库至2020年2月有关全踝关节置换假体的文献,中文检索词为"全踝关节置换假体设计,STAR假体,HINTEGRA假体,BOX假体",英文检索词为"Total ankle replacement prosthesis design,STAR prosthesis,HINTEGRA prosthesis,BOX prosthesis"。结果与结论:(1)STAR假体、HINTEGRA假体、BOX假体在临床应用中表现出了可接受的生存率及临床结果,但仍然需要大量病例和长时间的随访进行验证;(2)3种全踝关节置换假体的设计都着重于恢复生理踝关节的解剖结构,再现踝关节的运动轴,兼容韧带的几何形状、减少踝关节周围组织的应力和机械对准;(3)要实现最大化的韧带兼容,假体组件的关节面设计必须是2个生理解剖形状或2个非生理解剖形状的关节面;(4)国人踝关节的形态和高加索人踝关节的形态有差异,期待设计研发符合国人踝关节要求的假体。     

2011年CRTER杂志“骨关节植入物”“数字化骨科”栏目组稿热点

<正>人工假体研究人工髋关节假体置换人工膝关节假体置换人工肩关节假体置换骨肿瘤与人工假体置换磨损微粒与假体松动假体材料与人体的反应人工关节翻修关节置换术后镇痛与血栓     

人工髋关节假体的设计及界面应力分析

背景：骨正确选择与宿主相容性良好的假体是保证全髋关节置换成功的重要因素,与置换后人工关节的生物力学性能和使用寿命有着密切的关系。 目的：总结人工髋关节假体的研究进展,分析人工髋关节假体设计与界面力学对假体植入后生物相容的影响。 方法：采用电子检索的方式在万方数据库中检索2000-01/2011-12有关髋关节假体材料及人工髋关节置换先关的研究,关键词为“髋关节、假体、置换、生物力学”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章。 结果与结论：共纳入34篇文献进行评价。全髋关节置换后人工关节的生物力学性能与使用寿命有着密切的关系,假体受力可以分解为正应力和剪切应力两部分,正应力有益于假体的固定和力的传递,而剪切力会导致假体松动。假体周围骨质及骨量的变化,假体松动、脱位,假体周围骨折,材料磨损及假体周围感染是髋关节置换后影响中远期效果的常见并发症。目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体,人工髋关节设计、制造工艺、假体材料的耐磨性与界面应力等生物力学性能均有待于进一步提高,从而更好地适应宿主。     

一种新型髋关节假体柄的生物力学设计

目的 基于一种新型髋关节假体柄设计,分析其在站立、行走、跑步和坐姿工况下的应力分布差异。 方法 基于人体 CT 数据,建立 7 组不同柄植入后的髋关节模型,利用有限元分析方法计算不同工况下假体柄和股骨应力情况。 结果 与植入传统假体柄相比,站立时新型假体柄植入后假体柄应力峰值降低 23%、股骨应力降低 72%。 7 种假体柄结果显示,假体柄高度为 86. 5 mm 的新型设计最符合患者需求。 多工况结果显示,患者处于坐姿,柄承受应力最小,使用寿命更长。 结论 新型假体柄有助于延长假体使用寿命,减小骨损伤风险。 髋关节假体模型为后期柄的设计及患者术后康复提供科学理论支撑。     

基于X光片的定制型人工髋关节股骨侧假体设计

介绍一种利用 X光片设计定制型人工髋关节股骨侧假体的方法。采用圆弧和直线形成髋关节股骨侧假体外形轮廓。通常髋关节股骨侧假体匹配段尺寸公差要求并不严格 ,加工这种髋关节股骨侧假体可不采用数控加工中心。利用自编的程序成功地设计了三根股骨的假体。根据一个股骨标准数据库重建了这几根股骨的大致髓腔模型 ,这些模型被用来检验设计出的假体。设计出的假体被加工了出来 ,并分别植入股骨。结果表明该设计髋关节股骨侧假体方法切实可行     

视网膜假体专用集成电路研究进展

近些年来,人工视网膜假体的研究成为视觉修复领域的一个热点。文中根据不同的视网膜假体实现方案,概括介绍了视网膜假体专用集成电路的主要种类及实现方法;分析比较了视网膜上假体和视网膜下假体两种实现方式的优缺点。重点论述了视网膜假体专用集成电路中能量和数据收发、全局数字控制器以及神经驱动阵列等模块的基本原理及研究进展。最后讨论了视网膜假体专用集成电路设计上所面临的一些挑战及关注问题的展望。     

胫骨假体放置位置与人工膝关节置换后的稳定性

背景：目前关于在全膝置换中针对选择何种参照方法和技术来确定胫骨假体放置位置或参数尚报道较少。 目的：分析人工膝关节置换过程中胫骨假体放置的位置对其置换后稳定性及相容性的的影响。 方法：通过检索选择文章内容与人工膝关节置换过程中胫骨假体或角度相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。 结果和结论：初检得到132篇文献,根据纳入标准选择关于胫骨假体放置的27篇文章进行综合分析。由于胫骨上端几何结构的个体差异以及手术操作等原因,假体与胫骨上端切面有时不能良好匹配。全膝关节置换中,胫骨假体各面的角度、对线、对位对置换后膝关节的稳定性、屈伸功能和假体使用寿命均有重要影响;胫骨假体的放置直接关系到人工膝关节置换后假体的松动、下沉及术后关节感等。因此选用适合患者型号的假体,使假体与胫骨上端切面能良好匹配的同时,还要提高假体植入技巧,以增强假体的稳定性。     

基于X线片与模板的股骨柄假体生物力学评价

目的对4组与股骨匹配的股骨柄假体进行生物力学的评价,寻找与正常股骨上力学分布最为接近的股骨柄假体。方法在Matlab中导入股骨近端X线正位片及4组股骨-股骨柄假体模板的bmp格式的图像文件,分别提取股骨、带假体模板的股骨二维轮廓数据,利用ANSYS软件建立股骨、股骨-股骨柄几何模型及二维非线性有限元模型,负荷加载后对股骨近端的应力分布进行分析、比较。结果假体置入后股骨上的力学分布与正常股骨有较大的差异,但在4组股骨柄假体中,终有一种假体其在股骨上应力大小及分布情况与正常股骨最为接近,而这种假体相对于此股骨来说其生物力学性能为最优。结论通过基于X线片与模板的股骨柄假体生物力学的分析比较,可对股骨柄假体的生物力学性能作出评价,为假体的优化选择提供依据。     

扭转力传递的非骨水泥髋关节假体设计、制作及实验分析

背景:人体股骨髓腔具有扭转的解剖结构,如果股骨髓腔的扭转结构被复制到假体的柄体上,当假体插入髓腔并在假体上加载力时,假体将加载的力转换成股骨髓腔对柄体的扭转力并将该力传递到股骨近端。目的:优化股骨近端的力传递,避免假体近端应力遮挡。方法:利用人股骨标本的CT图片重建股骨髓腔的3D模型,将该3D模型作为柄体的设计模型。将定制式柄体模型与标准假体的近端模型拼合,形成定制式假体。采用机器人磨削技术制作定制式假体,并将定制式假体与标本股骨髓腔匹配。利用有限元仿真和实验方法分析假体上加载的力与假体近端扭转微动的关系。结果与结论:仿真和实验结果表明,股骨髓腔与柄体匹配的扭转结构,可有效地将假体上加载力以扭转力的形式传递到股骨近端,假体近端的扭转微动与柄体的微动相关,而柄体的微动可通过改变柄体与髓腔的匹配区大小得到控制。     

带锚钉悬吊系统人工肌肉假体置入后的下肢增粗

背景：假体置入已成为下肢增粗的一个治疗方法,但是置入的假体由于运动和重力原因,发生撕裂、移位的可能性很大,假体置入肢体增粗尚需完善。 目的：回顾性分析假体置入隆臀、下肢增粗1例。 方法：39岁男性患者,因脊髓灰质炎后遗症致左下肢肌肉萎缩来院要求假体置入治疗。采用自行设计带Mitek GⅡ锚钉悬吊系统的人工肌肉假体置入进行下肢增粗治疗。 结果与结论：患者经假体置入后,不仅双下肢不对称得到基本纠正,而且锚钉悬吊系统的引入很好地解决了假体移位的问题。