镍钛记忆合金无柄股骨假体的生物力学研究

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1、镍钛记忆合金无柄股骨假体的生物力学研究.L.编辑。作者：刘峰，林月秋，阮默，徐永清【摘要】［目的］评价新型记忆合金无柄股骨假体的生物力学特性。［方法］利用成人股骨的螺旋CT图像，使用CAD(计算机辅助设计)软件建立股骨的三维模型，根据股骨模型的结构设计新型记忆合金股骨假体。建立三维股骨模型、传统有柄假体及新型记忆合金无柄股骨假体有限元模型。在静态载荷及行走载荷下，对各种模型的VonMises应力分布进行分析和比较。［结果］记忆合金无柄股骨假体股骨上的应力分布与正常股骨相近。记忆合金无柄假体股骨近端的应力明显大于传统有柄假体，与正常股骨的相近。记忆合金爪子本身的VonMis

2、es应力最大值仅为13.23MPa，应力分布较均匀没有应力集中的现象。［结论］(1）记忆合金无柄假体具有优良的生物力学特性能有效避免应力遮挡效应的发生；(2)记忆合金爪子的固定方式能达到既固定可靠又减少应力集中现象的目的。【关键词】镍钛记忆合金；无柄股骨假体；计算机辅助设计；生物力学Abstract：［Objective］ToevaluatethebiomechanicalfeaturesofNiTishapememoryalloystemlessfemoralprosthesis.［Method］UsingCT(putertomography)scanningphot

3、ographsofadultfemur,threedimensionalmodelofthefemuroralmodel,shapememoryalloystemlessfemoralprosthesisensionalfiniteelementmodelalfemur,NiTishapememoryalloystemlessfemoralprosthesis,andtraditionalstemmedhipprosthesis.Understaticloadsandodelemoryalloystemlessfemoralprosthesisnormalfemur,

4、stemlessfemoralprosthesis'sproximalfemoralstressalfemoralmodelbutsignificantlyhigherthantraditionalstemmedhipprosthesis.VonMisesstressofmemoryalloyclaemoryalloystemlessfemoralprosthesishasgreatbiomechanicalproperties,mayreducethestressshiedingeffectoftheproximalfemur.Thefixedmethodthatus

5、ememoryalloyclaakeprosthesisfixedfirmlytotheboneandreducestressconcentration.Keyemoryalloy;stemlessfemoralprosthesis;puteraideddesign;biomechanics髋关节置换术被公认为20世纪最成功和最具影响力的骨科手术。然而由于感染、脱臼、假体松动、骨溶解等原因而导致手术失败的病例也逐渐增多［1］。假体松动、下沉是髋关节置换术后最严重最常见的晚期并发症。目前认为，假体松动主要与应力遮挡、磨损微粒有关。台湾学者设计了无柄髋关节假体，并有学者通过实

6、验证实其可以有效解决应力遮挡及骨溶解的问题［2］。无柄假体没有柄插入骨髓腔中，因此牢靠、有效的固定方式及良好的应力传导性对其显得格外重要。作者根据三维重建的股骨模型利用先进的CAD(计算机辅助设计)技术设计新型的记忆合金无柄髋关节假体，并对股骨模型、传统有柄假体及几种新型记忆合金无柄假体分别进行力学分析，分析和比较各种模型的应力分布。探讨新型记忆合金无柄股骨假体的生物力学特性，为无柄髋关节假体提出一种新的设计思路。1材料与方法1.1主要设备与软件螺旋CT机;计算机；光盘刻录机；彩色打印机；MaterialiseMimics10.01；Pro／E：UG。1.2股骨三维实体模

7、型的建立选取体检健康人体，沿人体纵轴行螺旋CT扫描，扫描层距为1.25mm，图像存为DI格式，共扫描257层，光盘刻录输出。将DI格式的图像载入到Mimics软件中，重建出右股骨中上段三维模型，导出DXF格式模型。再将模型导入到UG软件中，利用UG软件中的截面曲线功能分别捉取股骨的内外轮廓线，然后以igs格式输出。将上述的igs格式轮廓线文件导入到PRO／E软件中，对每一层轮廓线进行B样条曲线拟和光顺处理。利用股骨轮廓曲线进行由线到面、由面到实体的逆向工程处理，重建形成股骨的三维实体模型。1.3记忆合金无柄假体的设计及三维模型