国内全髋关节置换磨损测试及数值模拟研究进展

髋关节假体磨损及磨损颗粒所导致的无菌性松动是髋关节置换失败的重要原因. 本文作者对国内髋关节磨损研究时采用的运动学与力学曲线以及针对国人测绘的相应曲线进行了差异性分析,并对国内发表的全髋关节磨损体外模拟机测试试验及结果,数值模拟模型及结果进行了总结、对比和分析. 结果显示:1) 国人测绘的运动学与力学曲线不能直接用于全髋关节磨损评估的加载条件,国内关节力的测量方法仍有待进一步改进;2) 国内体外磨损测试的研究结论与国外发表的结论相似,但不同机构间的测试结果存在一定差异;3) 国内髋关节磨损仿真研究还处于起步阶段,仿真计算得到的磨损率普遍低于体外测试结果. 因此,建立基于国人行为力学的磨损评估标准、对磨损模型进行合理优化并采用有限元和骨肌多体动力学相耦合的分析方法对髋关节假体临床前磨损性能进行评估是未来的研究方向.      

正常和早期膝骨关节炎的软骨生物力学研究

膝骨关节炎是导致膝关节疼痛和慢性残疾的一种常见的关节疾病. 膝关节的软骨生物力学是评价膝骨关节炎程度的重要指标. 然而, 早期膝骨关节炎的软骨生物力学依然有待研究, 正常、内侧和内外侧早期膝骨关节炎的软骨生物力学差异尚不清楚. 本文基于固?液双相纤维增强的软骨有限元建模方法, 分别建立了正常膝关节模型、内侧早期膝骨关节炎模型和内外侧早期膝骨关节炎模型, 在步态周期中最大载荷时刻和最大屈曲角度时刻下分别对比分析了正常、内侧和内外侧早期膝骨关节炎3种情况下的软骨生物力学差异. 结果表明, 与正常膝关节相比, 内侧早期膝骨关节炎模型的内侧软骨的流体压力减少, 固相等效应力减少以及应变增大; 外侧软骨的结果基本没有差异. 然而, 内外侧早期膝骨关节炎模型的内外侧软骨的流体压力都减少, 固相等效应力都减少以及应变都增大. 早期膝骨关节炎中退变软骨的属性变化会导致软骨的承载能力下降以及变形增大, 从而增加软骨进一步退变的风险. 本文提出的基于双相纤维增强软骨模型的膝关节有限元模型有效预测了正常和关节炎情况下的软骨生物力学差异, 该模型也可以推广应用于髋、踝和脊柱等其他关节生物力学的研究.      

人工髋、膝关节磨损测试标准及模拟试验机研究进展

髋膝关节植入物假体在体内发生摩擦磨损进而造成骨溶解、无菌松动是导致其失效的重要原因之一. 人工髋膝关节磨损试验是对假体材料、设计和加工进行评价的重要形式. 天然髋膝关节承受的运动和载荷十分复杂,研究天然关节在各种行为下的受力和运动范围,并利用专门的髋膝关节模拟器来进行试验和评价,有助于人工关节的设计和耐磨关节材料的发展. 本文中整理了天然髋膝关节的运动范围及载荷,对比了人工髋膝关节假体磨损的国内外标准,总结了主流髋膝关节模拟试验机的结构及主要技术参数,为我国关节行业的研究者提供参考.      

滑液组分对人工关节摩擦学行为影响研究进展

随着社会老龄化和关节疾病年轻化趋向严重,关节疾病患者越来越多,人工关节置换术是治疗关节疾病的重要手段.由于磨损过程中产生的磨屑与骨组织发生作用,造成骨溶解,进而使假体因无菌性松动而失效.良好的润滑是减少人工关节摩擦磨损的重要原因,因此研究人工关节的润滑机理,减少其摩擦磨损,对于延长人工关节的使用寿命有极其重要的意义.人工关节主要依靠滑液润滑,滑液的主要成分有白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质,进行关节置换术后滑液组分和浓度可能发生改变,进而影响人工关节的摩擦学行为.综述白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质四种主要组分及其耦合作用对人工关节的摩擦学行为,为探究人工滑液提供一定理论依据,对延长人工关节的使用寿命具有重要意义.     

人工髋关节假体生物力学与生物摩擦学性能评价方法研究进展

人工髋关节假体性能评价关系到其在体内的服役情况，髋关节假体在体内承受的负荷、运动以及体液环境等非常复杂，在体外构建复杂环境用以研究在体内环境下关节假体的服役行为，有助于减少人工关节假体失效和提高患者满意度.本文中通过文献调研的方式，详细阐述了关于髋关节假体的相关评价标准和学者们的评价研究方法，指出了现有评价方法存在的局限性，并提出改善思路.对于关节假体所使用材料的评价，国内外相关机构制定了一系列标准程序，用以评估其力学和摩擦学特征，但对于多孔材料的性能评价仍需进一步研究.对于关节部件的性能评价已形成相关测试标准，但存在评价过于简化等问题，有部分评价方法还处于实验室研究阶段.对于关节假体生物力学性能和运动功能评价，均处于试验室研究阶段.其中，部分性能/功能评价研究较多，但研究中所采用的运动和加载条件与体内真实环境存在差异的问题仍需要进一步解决.建立系统性和层次性的髋关节假体评价体系，施加可近似等效在体服役的环境，平衡各影响因素之间的相互作用对骨科植入物的临床前评估发展具有重要的意义.