活动型单髁衬垫脱位力学机制的实验研究

研究活动单间室膝关节假体(UKAP)衬垫在力学环境下的脱位机制.通过制作髁假体固定工装与固定平台旋转圆盘工装,建立活动衬垫脱位的体外模型.在外载荷作用下,通过压力测量片测量活动衬垫在不同撑开量、不同后倾角以及不同旋转角度下的脱位力大小.随着撑开量的增加,衬垫脱位力不断降低;随着胫骨后倾角增加,接触压由胫骨近端前侧向胫骨近端后侧转移,衬垫的脱位力不断增加。后倾角降低将减少髁假体对衬垫的接触压力、并相对增加衬垫的撑开量,这将大大削弱衬垫后方的脱位力.衬垫过旋将减小脱位力,从而增加旋转脱位的风险.衬垫撑开量与手术中假体安装后屈伸间隙不平衡、内侧副韧带延迟伸长或损伤有关,衬垫后倾角度及内外旋角度均与术中截骨位置有关,衬垫脱位力在不同安放位置存在变化.研究结果可为临床上活动衬垫脱位机制提供理论依据,对活动单间室膝关节置换手术技术及治疗具有指导意义.     

一种新型膝关节假体设计及稳定性评估

根据人体生理学特点,整合通用人工膝关节置换假体设计的设计参数,首次使用扭转椭圆曲线拟合膝关节假体髁曲面,设计一种人工膝关节假体。根据外髁曲面向内侧扭转的角度分为0°,10°,20°,建立3种左侧膝关节假体模型(分别命名为1、2、3号模型)。将假体模型置于步态环境中,并将股骨组件绕胫骨旋转轴旋转±3°,在计算机软件中提取股骨置换假体与胫骨衬垫组件模型之间的相交体积,作为评估人工膝关节置换假体运动稳定性的依据。步态过程中,随着膝关节弯曲角度由0°到58°,1号模型相交体积由122 mm3降低到54.9 mm3,2号由131.9 mm3降到34.5mm3,3号由216.5mm3降到58.8mm3.这种设计可以使膝关节在低弯曲角度时具有很好的稳定性,同时在高弯曲角度时具有一定的灵活性,满足人体膝关节运动的特点。     

定制化铰链内滚动式双动人工半膝关节假体的设计与研究

针对半膝关节股骨髁假体对胫骨平台的磨损,提出一种基于计算机辅助设计(CAD)和先进机械制造技术的新型定制化双动半膝关节假体,并对假体进行离体实验研究.以Mimics/Geomagic/Pro-E等工程软件为核心的技术路线,借鉴双极人工股骨头的设计原理,在定制化半膝关节股骨髁假体内部设计双动结构.通过先进的机械制造技术得到金属假体实体;分别对植入假体前、植入双动半膝假体及全膝关节假体的三组离体膝关节进行动态X线透视观察,对三组离体膝关节的运动模式进行对比研究.结果假体内部的双动结构能有效的降低假体与胫骨的摩擦频率,且双动半膝关节假体比全膝关节假体更接近于正常膝关节的运动模式.说明该假体为非限制型半膝关节假体,在保留膝关节一侧骨骺生长能力的同时,降低了假体与胫骨平台之间的磨损,为半膝关节假体置换的概念注入新的活力.假体只需定制具有个体化关节面的下部件,其余部件选用预制的标准部件,这样有利于缩短定制周期,保证质量和降低费用.     

离心铸造高铅锡青铜合金摩擦磨损性能研究

采用离心铸造方法制备了高铅锡青铜(ZCu Pb22Sn1.5)合金,研究了载荷和摩擦速度对其摩擦磨损性能的影响及摩擦磨损机理.研究发现:在0.05 m/s摩擦速度下,随着载荷的增加,高铅锡青铜合金摩擦系数减小,磨损率增加,当载荷增加到120 N后,摩擦系数趋于稳定;在100 N载荷下,随着摩擦速度的增加,摩擦系数逐渐减小,磨损率增加,摩擦速度增加到0.10 m/s以后,摩擦系数迅速减小,到0.20 m/s以后摩擦系数趋于稳定;当继续增加载荷和摩擦速度时,由于铅润滑膜的破坏而增加了磨损率.在摩擦磨损过程中容易在摩擦表面形成软质铅润滑膜从而起到耐磨作用.     

SiC对不锈钢的摩擦磨损特性

在室温、无润滑的条件下,利用销盘式摩擦磨损实验考察了SiC与不锈钢(1Cr18Ni9Ti)组成摩擦副的摩擦磨损特性,SiC在5 N和20 N载荷作用下磨损机制为脆性分层磨损.SiC随载荷增加摩擦系数减少,但磨损率随载荷增加而增加.结果表明,SiC与不锈钢对磨时,磨损率达10-4mm3/(N.m)-1数量级,属磨损剧烈,不适合组成摩擦副.     

单髁置换治疗膝关节单间室骨关节炎疗效及对CCL5、IL-8与NO的影响

研究单髁置换术治疗膝关节单间室骨性关节炎疗效及其对患者血清趋化因子5(CCL5)、白介素8(IL-8)与一氧化氮(NO)的影响。回顾性分析了2016年5月至2019年10月在我院100例行单髁置换术治疗的膝关节单间室骨性关节炎患者临床资料,均采用膝关节单髁置换术治疗,比较本组患者手术前后HSS量表评分、手术前后MMSE及ADL评分、手术前后血清CCL5、IL-8及NO水平。结果表明:(1)本组患者术后HSS量表各维度(疼痛、功能、肌力、活动度、屈曲畸形、稳定性)以及HSS总分均分别显著高于术前(P0.05);(2)本组患者术后MMSE及ADL评分均分别显著高于术前(P0.05);(3)本组患者术后血清CCL5、IL-8及NO水平均分别显著低于术前(P0.05),单髁置换术治疗膝关节单间室骨性关节炎疗效显著,可有效降低患者血清CCL5、IL-8与NO水平,值得在临床上推广应用。     

膝关节三维有限元模型的建立及分析

通过CT扫描数据和三维重建软件,建立考虑半月板,软骨和韧带的包括完整股骨、胫骨、腓骨的全膝关节三维有限元模型,进行单双腿站立两种工况的数值模拟.计算结果表明:单腿支撑时膝关节的应力大于双足站立时的应力.软骨和半月板,均是内侧受力较大易磨损;半月板内缘所受接触应力相对较大,导致内缘容易磨损.半月板在传递载荷中起十分重要的作用,膝关节中半月板磨损或缺失会导致关节内部载荷传导发生变化,导致应力分布不均,造成关节疾病的进一步恶化.文中结果表明:考虑半月板,软骨和韧带的全膝关节模型能够正确反应膝关节在生理载荷作用下的力学行为,半月板在膝关节承载中起重要作用,保护半月板免受伤害,对于保护膝关节具有重要意义,文中工作对膝关节保护、康复以及假体设计和优化有指导意义.     

氧化膜对14Cr12Ni2WMoVNb钢QPQ渗层的室温摩擦磨损和腐蚀性能的影响

为了研究14Cr12Ni2WMoVNb钢QPQ(淬火-抛光-淬火)处理后的氧化膜对渗层室温摩擦磨损和腐蚀性能的影响,利用金相、X射线衍射分析、扫描电镜、能谱分析、划痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站对试样进行了表征.结果表明:氧化膜对渗层室温摩擦学性能的影响与载荷大小有关.在摩擦时间均为4min情况下,载荷较小(50N)时,氧化膜可以降低摩擦系数和体积磨损率;载荷较大(100N)时,氧化膜被破坏无法降低体积磨损率.氧化膜可明显提高渗层的耐腐蚀性能.含氧化膜试样的极化曲线有明显的钝化区,点蚀电位为-13mV,去除氧化膜试样在盐雾腐蚀12h后表面有大范围的腐蚀区域,而含氧化膜试样盐雾腐蚀48h后才有大区域腐蚀发生.     

基于神经网络的受流器滑块材料载流磨损预测

针对我国电气化铁路和磁浮交通对受流器滑块材料的性能要求,采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜石墨材料,考察了该材料的载流磨损行为.结果表明:试样的磨损率随着试验载荷、速度、电流密度的增加而增大.载流条件下电流产生的电弧热是磨损率增加的主要因素.建立了摩擦磨损试验参数与磨损率之间的人工神经网络模型.以载荷、速度、电流密度作为网络的3个输入,以运行100km后试样的磨损率作为网络的1个输出,调试设计了一个3×3×1的反向传播(BP)神经网络.对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对材料载流滑动磨损的作用,预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的磨损预测要求.     

纳米炭黑/聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用原位聚合法制备纳米炭黑(CB)/聚酰亚胺(PI)复合材料,使用摩擦磨损试验机、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行表征,并考察润滑条件、载荷、线性滑动速率对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:在油润滑、高载荷以及高滑动速率条件下复合材料的摩擦磨损性能较好;随着CB质量分数的提高,纳米CB/PI复合材料的摩擦磨损性能得到提高。当纳米CB质量分数为4.5%时,纳米CB/PI复合材料摩擦因数为0.146,磨损率为2.29×10-14m3/(N·m)。