髋关节假体体外磨损试验的应用及研究进展

体外磨损试验(ISO 14242)基于良好的实验室控制条件和操作规范模拟人体行走步态的关节承受载荷和运动角度范围,广泛用于比较髋关节假体不同材料、假体设计的耐磨损性能.本文基于体外磨损试验和临床磨损评价的研究文献,介绍体外磨损标准试验方法及其在髋关节设计开发中的应用,探讨体外磨损标准方法的局限、研究进展以及未来发展方向...     

髋假体高分子聚乙烯磨损的研究进展

人工髋关节假体的磨损不仅能造成关节假体本身的破坏而引起机械性失败，还能产生大量磨损颗粒(wear debris)诱导假体周围骨溶解(osteolysis)。无菌性松动的病例行翻修手术时，在骨与假体之间可见一层纤维结缔组织-界膜(interface membrane)。1983年Goldring等首先对其进行了描述，并证实该界膜组织具有产生骨吸收因子PGE2和胶原酶的能力。     

旋转铰链型膝关节假体股胫关节面的磨损研究

目的 研究旋转铰链型膝关节假体在水平行走步态下的磨损状况,为该类假体的磨损评测和临床应用提供技术参考。方法 基于ISO 14243标准建立假体的磨损模型,计算旋转铰链型膝关节假体股胫关节面衬垫的磨损分布及质量磨损率,并与同一假体的体外磨损实验结果对比。结果 有限元分析和体外实验所得聚乙烯衬垫磨损率分别为26.01 mg/MC与(30.06±1.21) mg/MC(million cycle, MC,百万次循环)。有限元分析所得衬垫上表面的质量磨损率约为下表面的3.3倍,磨损区域与体外磨损测试所得的磨损区域基本一致,主要磨损区域大致对称分布在衬垫的上表面后侧偏中部区域。结论 旋转铰链型膝关节假体作为一种半限制性假体,其磨损量高于初次置换全膝关节假体,在该类产品的性能检测和评估中应该给予适当的重视。     

臼假体位置对全髋关节置换术后假体受力及磨损的影响

全髋关节置换时臼假体的位置安放不当可导致术后脱位、增加骨-假体的应力,加快假体磨损。髋臼假体安放于轻度内上的位置可增加骨-假体界面的接触,从而降低了接触面应力,临床预后更好。计算机辅助导航系统广泛用于骨科手术中,它对空间长度和角度的定位有很好的精度。髋臼假体的外展角和前倾角显著影响THA术后假体的受力及磨损。本文还简要回顾了超高分子量聚乙烯材料磨损机制的研究进展。     

人工髋关节置换后假体松动原因分析

背景：人工髋关节置换已被广泛开展,假体无菌性松动是人工关节置换后的常见并发症,亦是造成人工髋关节置换失败的重要原因之一,假体松动的原因与多种因素有关。 目的：对人工髋关节置换后假体松动的原因进行分析,比较国内外研究文献的发展趋势进行多层次探讨分析。 方法：从人工髋关节置换后的磨损颗粒和相关细胞因子的角度分析与假体松动的相关性,并对中国CNKI数据库学术期刊和Web of Science数据库2002年至2011年收录有关人工髋关节置换后假体松动研究的文献进行分析,运用数据库的分析功能和Excel软件图表的功能分析数据特征。 结果与结论：人工髋关节置换后假体的无菌性松动与关节磨损颗粒、细胞因子、生物力学、患者自身因素、术中操作和术后指导等相关因素有关。CNKI数据库2002年至2011年共收录66篇与人工髋关节置换后假体松动研究相关的文献,Web of Science数据库共收录891篇相关文献,文献数量均处于逐渐上升的发展趋势。国内相关文献的发表数量、被引频次等方面与国外有较大差距。《骨与关节外科杂志：美国卷》是人工髋关节置换后假体松动研究的核心杂志。了解导致人工髋关节置换后假体松动的原因,可以更好指导临床医生预防假体松动的发生,提高患者术后的生活质量。     

人工髋关节关节面的磨损和生物陶瓷材料

人工髋关节的寿命和关节面的磨损密切相关。本文阐述了磨损、磨损颗粒和细胞因子在无菌性松动中的可能作用。比较了不同材料的性能。提出生物陶瓷材料在人工髋关节材料中的良好的性能和光明前景。     

金属对金属人工髋关节的磨损预测

目的发展复杂动态载荷与瞬态运动条件下的球面共型接触硬对硬人工髋关节的磨损预测模型,并用于典型的金属对金属人工髋关节在复杂三维生理运动条件下的磨损预测研究。方法建立有限元模型用于接触力学问题求解,采用固定-跟踪法(fixed-tracked method)完成具有三维欧拉运动的人工髋关节双侧界面动态磨损几何再现及相应的接触与磨损问题模拟的数值交换。结果磨损预测表明,磨损导致金属对金属人工髋关节接触界面几何由球面向非球面过渡,接触区域随磨损周期而增大,接触压力变化趋于平缓、最大接触压力逐渐减小。结论本研究所发展的三维复杂动态、具有双侧界面几何磨损变化的人工髋关节磨损预测模型,能够很好地进行金属对金属髋关节磨损数值预测模拟实验,为认识人工髋关节磨损机理提供了新的方法。     

人工髋关节磨损分析和临床失效诊断推理

目的研究人工髋关节磨损机理及磨损寿命界定准则,分析非正常磨损的具体原因和磨损失效的临床表现形式,建立失效事件的分析推理路线。方法通过弹性流体动力润滑分析和有限元分析确定人工髋关节中的摩擦磨损过程及导致早期非正常磨损的产生因素;通过建立磨损寿命界定准则确定人工髋关节的使用寿命;通过磨损—骨溶解形态学矩阵对磨损失效临床表现形式进行归纳分类;通过临床调研建立失效事件推理逻辑。结果计算得出球头—髋臼间的最小滑膜厚度和接触应力,以及相关参数的影响,作为磨损分析的理论依据;提出人工髋关节以几何形态变化导致的机械学失效和以骨溶解导致的生物学失效两种磨损寿命界定准则;得出磨损失效9种临床表现形式;提出磨损失效事件分析推理路线图。结论人工髋关节运动副中主要发生边界摩擦和混合摩擦,以及粘着、犁沟和三体磨损等磨损过程;髋臼与球头的表面质量、配合间隙及圆度对早期非正常磨损具有重要的影响;金属—UHMWPE配副人工髋关节正常机械学磨损寿命可以达到40年,但生物学磨损寿命最多为15～20年,后者是制约今天假体使用寿命的根源;磨损失效临床表现形式的多样性是机械磨损与骨溶解过程综合的形态学效果;在失效事件分析中推理路线图可提供一定的帮助。     

不同材料髋关节假体在髋关节置换中的应用

背景：金属材料、高分子材料和陶瓷材料等制作的人工髋关节关节都已成功应用于临床,产品也已经发展到比较成熟的阶段,但是每种材料依然存在各自的优缺点。 目的：评价不同材料髋关节假体的特点及临床应用。 方法：采用电子检索的方式在万方数据库中检索1999-01/2011-02有关髋关节假体材料的研究,关键词为“髋关节置换”。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章,筛选纳入18篇文献进行评价。 结果与结论：金属材料在髋关节置换中占有重要的地位,目前髋关节置换临床应用最多的是金属关节头和超高分子量聚乙烯髋臼的组合,但金属的弹性模量与人体骨骼相差甚远,导致应力遮挡效应,容易引起假体的疏松和不稳定;生物惰性陶瓷在活体内具有很高的稳定性和很好的机械强度,而生物活性陶瓷具有骨传导的特点以及与活骨整合的性能;复合材料假体因其可调的弹性模量和足够的力学强度,力学性能接近人体骨骼而逐渐被重视。但目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体材料。因此,应从改进人工髋关节设计和制造工艺,提高材料的耐磨性与力学性能,增强假体与宿主骨的结合性,减少应力遮挡,寻找新的人工髋关节假体材料等方面来提高置入物与宿主的生物相容性,从而能够更好地延长假体使用寿命。     

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。     

生物型假体在髋关节翻修术中的应用

目的:通过资料分析了解生物型假体应用于髋关节翻修手术的研究进展.方法:收集并分析国内外最新的相关资料,总结生物型髋关节假体设计特点及其用于翻修手术的适应证、禁忌证、手术注意事项及其随访研究结果.结果:用于髋关节翻修的生物型假体目前仍以金属-聚乙烯或陶瓷-聚乙烯界面为主,金属-金属以及陶瓷-陶瓷等新型界面的临床效果尚需时间的考验.股骨骨量的评估是选择生物型假体翻修的主要参考指标.在髋关节翻修手术中,生物型假体表现出良好的早、中期疗效,长期随访研究报道较少.结论:生物型假体在髋关节翻修术中表现出良好的应用前景.     

无柄解剖型人工髋关节置换术临床试验24例报告

目的 探讨无柄解剖型人工髋关节置换术的适应症、疗效。方法 针对24例临床应用进行临床结果分析和总结。结果 无柄解剖型人工髋关节置换术后，经1～2．5年的病案随访观察术后患髋疼痛、关节功能恢复满意，优良92％，可8％。结论 无柄解剖型人工髋关节置换术适应征宽，是治疗青壮年股骨头缺血性坏死、股骨头骨折及类风湿性关节炎的有效方法，是有柄人工髋关节置换术的一种补充。无柄解剖型人工髋关节设计符合人体股骨颈自然解剖生理。具有强大的抗压抗弯防旋防松动、低应力高强度的机械力学特征，并且可以达生物愈合的生物力学特性。     

无柄解剖形人工髋关节生物力学实验研究

本实验对一种新型无柄解剖形人工髋关节 (英文名称为 A- Fix TM :Non- stem med Anatomical Total HipProsthesis)仿真临床置换术下的早期 (无骨水泥固定 )和后期 (用骨水泥固定模拟骨组织自然生长 )状态 ,进行生物力学实验研究 ,并对照正常自然股骨和股骨颈对实验结果进行归一化系数分析比较 .结果显示 ,无柄人工髋置换术后无骨水泥固定态和骨水泥固定态的股骨头垂直位移相似 ,均略大于正常股骨态的位移。置换后无骨水泥固定态和骨水泥固定态的应变分布特征也相同 ,但与正常态相比 ,股骨颈的受拉侧和受压侧的应变值都明显降低 ,并且变化平缓。相对于正常态而言 ,置换后无骨水泥固定态的安全系数在受拉侧提高 13% ,受压侧提高 2 7.6 % ;置换后骨水泥固定态的安全系数在受拉侧提高 2 9.6 % ,受压侧提高 2 2 .1%。置换前后股骨头最大扭转角都小于 0 .3°,无骨水泥固定态的扭转角是正常态的 0 .0 2倍 ,骨水泥固定态的扭转角是正常态的 0 .0 1倍。研究表明新型无柄解剖形人工髋关节具有低应力 ,高强度和小变形 ,抗松动 ,高刚度等一系列优异的力学特性 ,为其临床应用和推广 ,提供可靠的力学依据。     

新型运动模式铰链膝关节假体磨损有限元分析

目的 对新型球轴运动模式铰链膝关节假体进行有限元分析,研究假体磨损仿真的方法及运动方式对假体磨损的影响。方法 基于球轴假体接触力学有限元模型,根据Archard磨损理论,建立磨损有限元模型,以各种运动数据为加载条件,模拟生理活动下膝关节的力学环境,研究球轴假体磨损情况。结果 对于胫骨衬垫,上下楼时平均和最大接触应力均高于步行,上楼时累积磨损体积大于下楼和步行,且磨损均主要发生在衬垫下表面。对于球轴衬套,仅步行时存在短时间接触和磨损,累积磨损体积为0.19 mm³。结论 铰链膝关节假体的球轴运动模式可改善置换后膝关节力学环境,降低衬套磨损,延长假体生存期。有限元仿真可有效预测铰链假体的磨损,为其设计及改进提供理论支持。     

碳增强的聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的 研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK)，评价其生物磨损性能。方法 采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料，在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试，并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较。结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1／2，耐磨损性能明显优于UHMWPE。CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑。CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低。2CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1／50和1／20，前者与后两者相比，均具有非常显著性差异，磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小，基质纤维结合良好。结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点，是一种未来假体的理想材料。     

碳增强聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK),评价其生物磨损性能.方法采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料,在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试,并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较.结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1/2,耐磨损性能明显优于UHMWPE.CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑.CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低.2 CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1/50和1/20 ,前者与后两者相比,均具有非常显著性差异,磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小,基质--纤维结合良好.结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点,是一种未来假体的理想材料.     

定制式人工全髋假体设计制造及临床应用

延长人工关节的有效使用寿命是人工关节研究的关键,而骨吸收和无菌性松动是影响其使用寿命的主要因素。由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与病人骨骼之间的误差使二者难以很好匹配,不能确保人工关节的长期稳定。同时,一些病人骨骼呈先天性畸形或由于骨骼病变造成骨与关节大面积损坏,其骨骼关节与正常情况明显不同,亦不可能选用标准人工假体。计算机辅助设计和制造(Com puter aided design/ Com puter aidedmanufacture,CAD/ CAM)通过对病人骨骼的三维重建,为每一位病人进行特殊设计和制造,提高了假体与病变骨骼的匹配度,提高了人工关节的长期稳定性,有效防止了关节松动。本文对CAD/ CAM定制式人工髋假体的优点、设计制造、临床应用及有待解决的问题进行了介绍     

组配式假体S-ROM治疗发育性髋关节发育不良的研究进展

目的:探讨发育性髋关节发育不良的解剖学特点及组配式假体S-ROM在治疗发育性髋关节发育不良的应用.方法:应用Pubmed、中国知网医学全文期刊等数据库,查阅近年来相关文献,总结组配式假体S-ROM的特点及临床应用中出现的问题.结果:发育性髋关节发育不良患者髋关节存在严重的解剖变异,在进行全髋关节置换时遇到许多问题.组配式假体S-ROM由于其自身的优点,可以有效的解决这些问题.结论:组配式假体S-ROM应用于临床已有多年,但仍有一些问题需要进一步研究.     

模拟全髋关节置换术后两种假体的应力对比分析

对比分析置入解剖型假体和置入传统型假体应力遮挡效应,为临床提供生物力学基础。随机取5个为模拟全髋关节置换术以（北京普鲁士钢研外植入物有限公司）传统型假体置入的股骨组,随机取5个以（德国LINK公司）保留股骨颈解剖型假体置入股骨组。首先在正常股骨标本的各测点上黏贴电阻应变片,进行应变电测量之后,待标本在室温不受力状态下放置24h后,对正常股骨标本分别置入传统型假体、保留股骨颈解剖型假体,分别测出置入传统型假体组和解剖型假体组股骨各测点的应变值,计算各测点的应力值,根据应力遮挡率计算公式,计算应力遮挡率值。置入传统型假体组股骨标本近端1～10号测点应力遮挡率值大于置入解剖型假体组股骨标本近端1～10号测点应力遮挡率值,差异显著（P＜0．05）。解剖型假体和传统型假体具有不同的防应力遮挡效果,保留股骨颈解剖型假体防应力遮挡效果显著。