不同偏移角度荷载下膝关节假体接触压力的有限元分析

摘要

背景:人工膝关节置换后因为假体的失效部分患者的满意程度不高。造成膝关节假体早期失效的原因有高分子聚乙烯垫衬的早期磨损、假体松动与假体失稳,且均与假体的接触压力有关。目的:分析在步态过程中,载荷偏移角度对胫骨垫衬上接触压力、面积和压力分布的影响。方法:将膝关节假体的模型导入到Abaqus 三维有限元软件中,将步态过程中的轴向载荷偏移0°,1°,2°,3°,4°,5°和6°形成7 种不同工况,研究不同工况下胫骨垫衬上的接触压力、面积与接触压力分布的变化。结果与结论:①在步态过程中,高分子聚乙烯垫衬上的接触压力随载荷偏移角度的增加而增加;②随轴向载荷向外侧偏移,胫骨垫衬与内侧髁的接触面积减少,与外侧髁的接触面积增大;③通过接触压力分布云图发现,接触位置逐渐向胫骨垫衬边缘移动,在胫骨垫衬与外侧髁接触位置产生了应力集中现象;④结果表明,下肢对线不齐造成的载荷偏移会引起高分子聚乙烯垫衬上的接触压力明显增大,改变原本的接触面积和接触位置,易发生应力集中现象。如果膝关节假体长期处于上述不良的力学环境之中,会造成膝关节假体的失效。