人工髋关节置换中假体材料的选择及应用进展

通过查阅国内外有关假体材料选择与应用在骨科人工髋关节置换领域的文献,进行归纳分析,总结假体材料发展及应用的研究现状及进展。目前人工关节假体材料须兼具高强度、富韧性、可塑性、抗疲劳、耐磨损等特性,常用材料包括合金、陶瓷、高分子聚合体等。通过对假体界面不同材料进行组合和改性,未来有望开发出在生物相容性、力学相容性、固定度、使用寿命等方面表现更优的假体材料,为髋关节置换手术提供更多科学合理选项,更好地为患者服务。     

人工全髋关节置换后33例翻修原因解析

背景：人工髋关节置换后出现感染、假体松动、假体磨损断裂、骨溶解、复发性脱位等并发症的数量逐渐增多,最终导致行全髋关节翻修。 目的：分析人工全髋关节置换后进行翻修的原因和治疗措施。 方法：对33例患者全髋关节翻修的原因、假体选择、骨缺损处理及康复进行分析研究。其中髋臼有21例行普通金属杯加内衬置换、8例行大头臼杯置换、4例行聚乙烯臼杯置换。股骨柄有15例行普通柄(11例应用骨水泥固定)置换、18例行加长柄置换(9例应用骨水泥、6例为组合型柄)。 结果与结论：33例患者全部获得随访,翻修后随访24-60个月,平均随访36.5个月;翻修后伤口愈合良好,假体固定可靠,未再次出现感染脱位患者;髋关节功能均得到了较大的改善,Harris评分：翻修前平均为37.1分,翻修后平均为91.3分。中短期临床随访结果示,若翻修手术指征正确,骨缺损处理得当,翻修假体选择正确,行一期人工全髋关节翻修可以获得良好的临床疗效。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

人工髋关节置换后假体周围骨折治疗中的应用

目的 研究人工髋关节置换后假体周围骨折的治疗方法.方法 本文选取我院2013年7月～2014年7月收治的人工髋关节置换后假体周围骨折患者30例,通过Vancouver分型方式,对患者进行长柄股骨的假体翻修治疗、锁定加压的接骨板固定治疗、钢缆固定治疗以及钢缆、接骨板组合治疗,通过对比治疗前后的效果,对疗效进行评价.结果 在手术之后随访时间为15～60个月,已知30例患者在3～9个月内皆痊愈,且恢复情况良好,在1年后经过调查,治疗效果的Harris评分为75～94分,平均分数84.5分.结论 结合患者人工髋关节置换后假体周围骨折的Vancouver分型,选择适当的治疗方式临床效果显著.     

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。     

高龄股骨颈骨折全髋与半髋方式的选择

背景：近年来高龄股骨颈骨折患者大量增加,而75岁以上患者选择全髋或半髋关节置换的手术方式仍有较大争议,合理选择手术方式,对增加手术安全性、改善患者髋关节功能、提高生活质量、降低置换后并发症、减少翻修率具有重要意义。 目的：对75岁以上患者行髋关节置换的相关资料进行回顾分析,比较二者间优劣,试图寻找更加准确的手术适应证。 方法：纳入171例全髋(观察组)和半髋(对照组)关节置换患者的病例资料,其中观察组51例、对照组120例。通过对两组患者基础疾病、手术时间、出血量、置换后并发症、置换后住院日、置换后1周、3个月髋关节Harris评分等方面来比较二者差异。 结果与结论：两组患者经过3-39个月(平均23个月)随访,二者在置换前基础疾病、平均年龄、置换后住院日、置换后并发症及置换后1周Harris评分方面进行比较,差异无显著性意义(P > 0.05);而在假体置入后3个月Harris评分及优良率方面,观察组效果优于与对照组(P < 0.05)。结果说明严格选择手术适应证,两种手术方式均能达到较好的短期疗效,使高龄患者髋关节功能较早恢复,显著提高了患者的生活质量。而高龄患者行全髋关节置换后3个月关节功能恢复相对较好,并发症发生率并未明显增加,提示即使高龄患者,只要做好充分置换前准备工作,仍建议优先选择全髋关节置换。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

23例高龄股骨头骨折后人工髋关节置换治疗的体会

随着人工关节技术的发展，人工假体置换在股骨颈骨折的治疗中已得到广泛的应用。手术干预已成为当今治疗老年股骨颈骨折的主要手段。我院自2004年5月至2006年8月采用AK人工全髋关节置换治疗70岁以上的高龄股骨颈骨折23例，现报告如下。     

直接前入路微创全髋置换的研究

<正>1引言微创人工髋关节置换是近几年才出现的新技术,是在传统人工髋关节置换的基础上通过对手术入路、操作方法和手术工具的改进,在一个较小的切口内完成全髋关节假体的置换。与传统全髋关节置换相比它具有损伤小、恢复快、关节功能保存好等优点。其中2004年由SMITH-PET-     

人工髋关节置换前模板测量软件的研发及应用CSCD

背景:人工关节的脱位、松动、活动度未如理想等除与材料因素及术者技术相关外,还与假体大小型号等的选择有密切关系。目的:探讨人工髋关节置换术前模板测量软件的研发和初步临床应用的结果。方法:132例患者随机分为2组,分别使用课题组研发人工髋关节置换模板测量软件或传统方法对其髋关节置换过程中实际采用的假体型号行置换前预测,比较二者吻合率。结果与结论:通过人工髋关节置换模板测量软件选取的假体型号符合率为86.36%,而传统方法选取的假体型号得吻合率仅为71.97%,差异有显著性意义(χ2=13.794,P<0.001)。软件置换前预测臼杯型号同置换中应用臼杯型号之间存在相关性(r=1.0000,P=0.015),软件置换前预测假体柄型号同置换中应用假体柄型号之间存在相关性(r=0.9999,P=0.029)。说明数字化人工髋关节模板置换前测量软件研发成功,初步临床应用效果良好。     

人工髋关节置换后股骨假体周围骨折

背景：人工髋关节置换是治疗严重髋关节疾病最有效的方法,股骨假体周围骨折是人工髋关节置换后严重的并发症之一。 目的：对人工髋关节置换后股骨假体周围骨折研究的文献资料趋势进行多层次探讨分析。 方法：以电子检索方式对CNKI数据库学术期刊2002-01/2011-12收录的有关人工髋关节置换后股骨假体周围骨折研究的文献进行分析,采用检索词为“髋关节置换;人工假体;周围骨折”,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：人工髋关节置换后股骨假体周围骨折的主要原因是创伤,翻修治疗、患者老龄化、假体类型、假体固定方式和关节活动量的增加等,也与骨折发生有关。Vancouver分型方法主要用于人工髋关节置换后股骨假体周围骨折,Vancouver分型包含患者骨折的部位、骨折的类型、假体固定情况、假体松动情况以及股骨近端的骨量丢失等因素,对临床治疗股骨假体周围骨折具有良好的指导价值。人工髋关节置换后股骨假体周围骨折的治疗方法多采用形状记忆合金环抱器、微创内固定系统、锁定加压钢板、异体皮质骨板、碳纤维板、打压植骨及翻修等固定。     

中年患者128例生物型全髋置换和骨水泥全髋置换后的随访比较

背景：许多学者均认为骨水泥型全髋置换适合应用于年老且合并较严重的骨质疏松患者,生物型全髋置换适用于较为年轻的患者。 目的：对比中年患者生物型全髋置换和骨水泥型全髋置换的临床效果。 方法：对比分析58例骨水泥型全髋置换者与70例生物型全髋置换者置换后6个月、2年及5年的肢体功能恢复与影像学评估结果以及Harris评分,均为40~60岁中年患者。 结果与结论：生物型假体置换后6个月、2年、5年的Harris评分明显优于骨水泥型假体(P < 0.05),5年生存率也高于骨水泥型假体(P < 0.05)。骨水泥型假体置换后6个月,3例发生自发溶骨性疾病,3例2年后发生假体松动,3例5年后发生线性渗透溶;生物型假体置换2年后2例发生自发溶骨性疾病,置换后5年1例发生假体松动。说明生物型假体较骨水泥型假体更能促进中年患者置换后髋关节功能的恢复,减少并发症的发生,至少在5年的随访过程中获得了更令人满意的临床和影像学结果。关键词：生物型假体;骨水泥型假体;全髋关节置换;Harris评分;人工假体 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.17.008     

髋关节置换的三维有限元分析

目的本文建立股骨髋关节置换有限元模型，并进行了静力学模拟计算，寻求假体的材料属性对髋关节置换后产生的的影响。方法运用逆向工程与有限元的基本概念和理论，采用医学专用的建模软件mimics读取原始的股骨CT图片的dicom格式，完成股骨二维重建，然后根据股骨髓腔几何解剖状态应用CAD软件设计个性股骨假体。在ansys中对两个模型进行有限元装配，进行接触耦合分析!结果建立了精确的股骨模型和设计了个性假体。利用MIMICS基于灰度值进行赋材质，实现股骨有限元模型材料正确的非均匀及各向异性描述。成功模拟了三种假体材料置换后股骨的应力。结论三种材料中复合材料假体更接近人体生理环境，减弱了假体的应力遮挡，有利于力由假体传到到股骨上。为改进人工髋关节的设计、置换和提高人工髋关节寿命提供了一些有益的依据。研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠。     

人工股骨头置换治疗严重股骨转子间骨折的有限元分析

目的　建立股骨转子间骨折、人工关节假体的三维数字模型,应用有限元对人工股骨头置换术后的股骨应力分布进行分析,评价置换术后的初始稳定性。 方法　利用螺旋CT对志愿者的左侧股骨进行断层扫描获取图像数据,经Mimics软件和Unigraphics建模软件处理,重建股骨三维模型。在此基础上,建立股骨转子间骨折、标准柄股骨假体三维实体模型,最后利用有限元分析软件Ansys10.0建立人工股骨头置换术治疗股骨转子间骨折的三维有限元模型,并对该模型进行生物力学分析。 结果　应力分析显示：正常股骨的应力由近端向远端逐渐上升,并于中下段达到最高。同时人工股骨头假体的应力集中于中段,与正常股骨的应力变化基本一致。人工股骨头置换没有改变股骨总体的应力模式,股骨距部位未见明显的应力集中区,依然是由近端向远端逐渐增加,应力峰值区域亦于全长股骨的中下段。 结论　标准柄人工股骨头置换治疗股骨转子间骨折不会引起股骨应力分布的明显改变,可以获得重建后的初期稳定。     

人工髋关节活体有限元建模及力学分析

背景：有限元分析最为广泛地应用于人工髋关节置换的研究,能够反映人工髋关节置换前后的应力分布情况。 目的：通过CT扫描图像建立人工髋关节置换后的三维有限元模型,分析假体和股骨的力学分布,提供研究活体内假体的评估方法。 方法：选非水泥型人工髋关节假体置换后患者1例,64排CT扫描髋关节,通过三维建模软件建立三维有限元模型,加载载荷1 500 N,分析假体和股骨的应力分布,并与体外建模和正常股骨有限元模型比较。 结果与结论：应用患者人工髋关节置换后CT扫描图像建立的三维有限元模型,加载后应力主要分布在股骨干上端1/3处,在股骨假体柄颈结合处,假体外侧,假体的远端与股骨接触处,是假体置换后应力在体内传递的真实反映。结果说明活体髋关节建模优于体外建模,不改变假体在体内的位置,人工髋关节活体建模是假体评估新方法。     

骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换的三维有限元应力分析

BACKGROUND: Artificial femoral head replacement provides a new idea for the repair of unstable intertrochanteric fracture. Artificial prosthesis replacement may affect original femoral biomechanical stability and lead to a variety of adverse consequences.  OBJECTIVE: To analyze the stress distribution of femoral head replacement in the treatment of unstable femoral intertrochanteric fractures with three-dimensional finite element analysis. METHODS: One male old volunteer was randomly selected from population who underwent health examination. The left femur was scanned with spiral CT, and the three-dimensional finite element models of the human femur and prosthesis were established. The three-dimensional finite element model was used to simulate the actual working conditions of human climbing stairs, and the stress distribution of the bone channels around the surface of the femur and the prosthesis was analyzed with three-dimensional finite element analysis. RESULTS AND CONCLUSION: Under normal condition, the stress of the human femur was in a consistent state. Stress changed gradually from the proximal end to the distal end. The stress of the prosthesis was concentrated in the middle section. The prosthesis of inner stress distribution was analyzed to obtain stress distribution of prosthesis and femur cancellous bone interface. The analysis found that stress change trend was consistent. The results suggest that artificial femoral head replacement does not have a significant effect on the overall stress distribution of the human femur, and the overall stress distribution does not change, and the maximum stress region is located in the middle of the whole femur. After the reconstruction, the stress concentration of the femur is not observed.        

髋关节置换前后不同步态下股骨应力分布

目的探讨人工髋关节置换(total hip replacement,THR)前后慢走及上下楼梯两种不同步态下股骨的生物力学性能,为髋关节假体的优化设计和制造提供理论基础。方法建立人工髋关节股骨的三维有限元模型,并进行有效性验证;计算慢走和上下楼梯时THR前后股骨的应力分布及应力遮挡率。结果慢走运动时,THR前股骨应力由近端到远端逐渐递增,在股骨中下段达到最大,最大应力为90.6 MPa;THR后股骨出现应力遮挡现象,股骨的应力幅值有所下降,最大应力为82.5 MPa,股骨近端假体周围大转子附近股骨遮挡率最大,总体遮挡率为14.9%~99.0%。此外,假体颈部出现过大的应力集中现象。上下楼梯运动时,股骨应力分布的变化规律与慢走运动时大体相似,但应力遮挡效应更为明显。结论植入假体后,上下楼梯时股骨近端出现较大应力遮挡,并且假体自身出现过大应力集中,会影响THR手术质量,建议病人在术后应尽量减少关节角变化较大的运动。     

Effect of implant material properties on the performance of a hip joint replacement

A composite material implant prosthesis for hip replacement has been developed. The design of the prosthesis substructure was based on investigation of the stress and strain fields that were developed in the human femur at the proximal end when a prosthesis stem had been inserted into it. The prosthesis stem structure was of unidirectional fibrous composite material core (graphite fibres in polysulfone matrix), wrapped with four layers of the same material but orientated at different angles. The orthotropic moduli of the outer layer are very close to the moduli of a human cortical bone in the vertical and circumferential directions. The moduli increased gradually from the outer layer to the inner core. A three-dimensional finite element model of the prosthesis and the bone has been constructed and loaded with the range of forces that might appear upon operation. The behaviour of the composite prosthesis and the femur was then compared with the intact femur and three other types of prosthesis materials, namely stainless steel, titanium, an isoelastic material and a hypothetical one with moduli identical to the cortical bone. The titanium has modulus of elasticity that is only half of the stainless steel. It was found that the composite prosthesis gave the best performance for most of the categories that were examined.     

全髋表面置换术后与正常股骨近端生物力学比较

目的 通过三维有限元方法研究全髋表面置换术后股骨近端骨质区应力分布的变化。方法 采用64排螺旋CT扫描获得正常股骨近端图像数据,重建股骨近端的三维有限元模型,对金属对金属全髋表面置换术后股骨近端和正常股骨近端应力分布进行量化研究,分析术后生物力学环境的变化。结果 髋关节表面置换术后,股骨头近端上、前、后、下方4个区域均出现明显应力遮挡,应力峰值分别为0.60、0.57、0.66、0.79 MPa,遮挡率分别为99.80%、99.16%、98.92%、96.66%。股骨头远端大部分区域出现了应力增加,其中应力遮挡只出现在股骨头远端的后方区域,遮挡率为4.92%。术后股骨颈近端前方区域出现了应力增加,在上、下、后方区域出现了应力遮挡,遮挡率分别为16.48%、22.75%和7.83%;股骨颈远端下方区域出现了应力增加,其余区域出现应力遮挡。大粗隆区出现应力增加9.22%;小粗隆区域和股骨颈基底区出现应力遮挡,遮挡率分别为2.49%、14.44%。结论髋关节表面置换术后股骨近端大部分区域的应力分布和正常股骨相比非常接近,应力传递接近生理状态,可有效避免术后股骨近段明显的应力遮挡,同时保留了骨量,有利于患者正常的生理活动。     

人工髋关节置换前后股骨及假体的生物力学分析

目的:研究人工髋关节置换前后股骨及假体的应力分布以及假体设计参数对应力的影响。方法:建立股骨和假体有限元模型,分析在步行峰值关节载荷和主要肌肉载荷作用下,完整股骨和置换后股骨及假体的应力水平。结果:完整股骨中上部内侧受压应力,外侧受张应力,中下部外侧受压应力,内侧受张应力,股骨应力峰值位于中下部;置换后股骨受力总体模式不变,近端应力遮挡显著。随颈干角增加,假体及股骨应力水平降低;柄长对假体应力影响不大,股骨上的应力随柄长增大略有增加。结论:假体设计时可适当增大颈干角,在骨组织条件允许的情况下可适当增加假体柄长,以减轻术后的应力遮挡效应。     

Design of a biomimetic polymer-composite hip prosthesis

A new biomimetic composite hip prosthesis (stem) was designed to obtain properties similar to those of the contiguous bone, in particular stiffness, to allow normal loading of the surrounding femoral bone. This normal loading would reduce excessive stress shielding, known to result in bone loss, and micromotions at the bone-implant interface, leading to aseptic prosthetic loosening. The design proposed is based on a hollow substructure made of hydroxyapatite-coated, continuous carbon fiber (CF) reinforced polyamide 12 (PA12) composite with an internal soft polymer-based core. Different composite configurations were studied to match the properties of host tissue. Nonlinear three-dimensional analysis of the hip prosthesis was carried out using a three-dimensional finite element bone model based on the composite femur. The performance of composite-based hip and titanium alloy-based (Ti-6Al-4V) stems embedded into femoral bone was compared. The effect of core stiffness and ply configuration was also analyzed. Results show that stresses in composite stem are lower than those in Ti stem, and that the femoral bone implanted with composite structure sustains more load than the one implanted with Ti stem. Micromotions in the composite stem are significantly smaller than those in Ti stem over the entire bone-implant surface because of the favorable interfacial stress distribution.     

全髋关节置换术中压电股骨重建的边光滑有限元分析

目的 针对传统有限元法(finite element method, FEM)分析全髋关节置换(total hip arthroplasty, THA)后压电股骨重建时精度低的问题,采用边光滑有限元法(edge-based smoothed finite element method, ES-FEM)对植入假体后压电股骨近端的骨重建进行仿真分析。方法 根据自适应骨重建理论,建立假体-压电股骨模型。基于模型的背景网格构建光滑域,引入梯度光滑技术,求解出光滑的重建刺激,进而得到术后压电股骨近端的密度分布。结果 植入假体后,受力点由股骨头转移到假体,出现应力屏蔽现象,股骨内部表观密度的分布发生明显变化。相比于FEM,ES-FEM在一定程度上能软化数值模型,提高仿真精度。在相同的网格下,电势和密度的求解精度分别提高27%和30%左右。结论 采用ES-FEM能够更精确地模拟出THA术后压电股骨近端的骨重建进程,为THA临床研究提供有效的理论依据。