25 / 2021-04-16 10:26:37

聚乙烯人工髋关节磨损仿真模拟：50年磨损预测

在全髋关节置换中，聚乙烯(PE)关节面的磨损仍是影响置换关节远期寿命的主要原因，髋关节模拟机磨损试验通常进行5百万周期(~5年)磨损预测，计算机仿真可实现假体中长期性能评估。影响PE磨损的主要因素包括接触面积、交叉剪切效应和接触应力。PE以90°交叉剪切运动条件下的磨损为度量基准，计算任意交叉剪切角度下的磨损，利用PE摩擦系数和接触应力间的函数关系计算摩擦功，由90°交叉剪切运动销盘试验结果拟合建立PE磨损与摩擦功的函数\(f(F_w)\)，并建立磨损体积公式\(V=K_M \cdot f(CS) \cdot f(F_w) \cdot A \cdot N\)，其中\(K_M\)是磨损深度常数，\(f(CS)\)是任意交叉剪切角度滑动位移的交叉剪切函数，\(A\)是接触面积，\(N\)是周期数。本研究应用该磨损模型建立36mm直径PE髋关节有限元磨损仿真模型，对6 mm厚度的传统非交联和5 Mrad交联PE臼杯分别进行50年磨损预测。结果显示经50年磨损将穿透非交联PE臼杯，为保证远期寿命，必要采用耐磨性更好的交联PE。假体中长期磨损预测方法为定量研究PE关节摩擦学性能和指导结构设计优化奠定了重要基础。