全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点

Von Mises 应力：是基于剪切应变能的一种等效应力,其含义是当单元体的形状改变比能达到一定程度,材料开始屈服。Von Mises于1913年提出了一个屈服准则,这个屈服准则被称为Von Mises屈服准则。它的内容是：当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时,材料就屈服;或者说材料处于塑性状态时,等效应力始终是一不变的定值。在弹塑性有限元计算中,屈服准则的数学描述是整个计算的核心。

中国组织工程研究 第21卷 第11期 2017–04–18出版

Chinese Journal of Tissue Engineering Research April 18, 2017 Vol.21, No.11

P .O. Box 10002, Shenyang 110180

1652

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·研究原著·

王春成，硕士，副教授，主要从事骨肿瘤基础研究。

中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2017)11-01652-06 稿件接受：2017-02-16

Wang Chun-cheng, Master, Associate professor, Nanyang Medical College, Nanyang 473000, Henan Province, China

全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点

王春成，李明哲(南阳医学高等专科学校，河南省南阳市 473000)

引用本文：王春成，李明哲. 全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点[J].中国组织工程研究，2017，21(11):1652-1657.

DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.11.003 ORCID: 0000-0001-8769-4073(王春成)

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文题释义：

Von Mises 应力：是基于剪切应变能的一种等效应力，其含义是当单元体的形状改变比能达到一定程度，材料开始屈服。Von Mises 于1913年提出了一个屈服准则，这个屈服准则被称为Von Mises 屈服准则。它的内容是：当点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时，材料就屈服；或者说材料处于塑性状态时，等效应力始终是一不变的定值。在弹塑性有限元计算中，屈服准则的数学描述是整个计算的核心。因此有人将等效应力叫做Von Mises 应力。 联合前倾技术：是全髋关节置换中的常用方法之一，该方法不仅保留传统关节置换中假体的前倾角和外展角，还能有效的提高手术成功率，保证机体具有稳定的生物力学。

摘要 背景：全髋关节置换是临床上常用的治疗方法，但是治疗时难以准确的判断出骨盆的准确方位，治疗后容易

造成骨盆位置变动，并且植入假体后容易产生明显的角度偏差，难以判断假体的准确位置和方向。 目的：研究全髋关节置换假体位置的角度及生物力学特性。

方法：①对1名男性志愿者进行CT 扫描，建立骨盆有限元模型，采用股骨柄前倾角为0°、20°和25°联合髋臼杯前倾35°、15°及10°三种不同的联合前倾技术进行全髋关节置换，给予240 N 的力学加载，测定其峰值Von Mises 应力；②取6具尸体标本，假体位置角度与志愿者相同，在240 N 载荷下，利用电阻应变片技术测量股骨柄周缘骨皮质和髋臼前后壁应变情况。

结果和结论：①股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下髋臼峰值Von Mises 应力变化升高25.7%；股骨柄前

倾角为0°髋臼杯前倾35°下髋臼杯峰值Von Mises 应力为135.21 MPa ；股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下髋臼峰值Von Mises 应力为68.3 MPa ；股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下髋臼杯峰值Von Mises 应力为134.2 MPa ；股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下内衬峰值Von Mises 应力为6.8 MPa ；股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下内衬峰值Von Mises 应力为3.9 MPa ；股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下内衬峰

值Von Mises 应力为 6.7 MPa ；股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下股骨柄峰值Von Mises 应力为

127.1 MPa ；股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下股骨柄峰值Von Mises 应力为100.2 MPa ；股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下股骨柄峰值Von Mises 应力为128.2 MPa ；②0°-35°和25°-10°股骨柄周缘骨皮质和髋臼前后壁应变，显著大于20°-15°。提示在股骨柄前倾20°联合臼杯前倾15°效果理想，有助于关节功能恢复。

关键词：

骨科植入物；人工假体；全髋关节置换；假体位置；生物力学特性；有限元模型；CT 扫描；力学加载；Von Mises 应力；电阻应变片技术；关节功能 主题词： 关节成形术, 置换, 髋；髋假体；生物力学；有限元分析；组织工程

基金资助：

河南省教育科学“十二五”规划2013年度课题( [2013]-JKGHB-0098)

Position and biomechanical characteristics of prosthesis in total hip arthroplasty

Wang Chun-cheng, Li Ming-zhe (Nanyang Medical College, Nanyang 473000, Henan Province, China)