1172 / 2023-03-16 21:23:48

深蹲步态下聚乙烯高边衬垫边缘接触力学行为的有限元分析

摘要：全髋关节置换术后聚乙烯衬垫的边缘磨损、变形和破坏是临床中常见的并发症，造成这种现象的大部分原因是极端条件下假体间的碰撞。深蹲是典型的极端步态，但是目前针对衬垫边缘碰撞的界面力学行为尚不明朗。为此本研究针对过渡型的高边衬垫，建立髋关节假体有限元模型，研究深蹲步态下的衬垫边缘接触力学行为，进一步探究高边衬垫在深蹲步态下的边缘失效原因。髋关节假体实际接触过程是一个高度非线性的过程，传统弹塑性模型无法对人体步态下衬垫真实变形状况做出预测，因此我们利用基于粘弹性的模型有限元模型研究衬垫在深蹲步态下的边缘接触应力、应力斑中心位置的变化、接触面积、滑移距离、卸载后衬垫边缘的残余变形量以及高边的抵抗力矩。经过有限元计算我们发现高边的边缘最大接触应力是普通行走步态的3.4倍，在股骨颈碰撞方向衬垫与臼杯接触位置能达到57.36MPa，衬垫边缘与股骨颈和高边与球头处挤压的地方都发生了不同程度的永久塑性变形。因此，全髋关节置换术后应避免大幅度屈曲动作（如深蹲等）以致假体发生碰撞对衬垫产生不可逆的破坏。

关键词：全髋关节置换术；高边衬垫；边缘负载；界面力学行为