下肢植入式假肢假体多孔结构设计

摘要

因为疾病、交通事故、工伤等原因,我国下肢截肢患者超260万人。植入式假肢假体是一种更优异于传统接受腔式假肢的治疗方案,能极大地提升截肢患者的活动能力,改善其生活质量。目前应用于假体的材料主要为钛合金、钴铬钼合金等,假体与骨骼相比具有较高的弹性模量,假体-骨界面易发生应力遮挡效应。目的 根据残骨弹性模量对多孔钛合金进行多孔化设计,采用增材制造技术成型适配残骨的下肢植入式假肢假体,优化假体周围骨组织力学环境并增强假体-骨的结合。方法 建立四边形和六边形两种孔型,400、600、800和1 000μm 4种孔径的微结构结构和1.5和2.6 mm厚度假体-股骨有限元复合模型,运用有限元数值模拟和力学试验的方法,分析完整步态周期中假体及周围骨组织的应力特征,对自主设计的新型假体进行生物力学评价。结果 多孔与实体假体相比,股骨干四周应力遮挡率降低9.15%~17.54%,骨吸收率平均下降1.92%~6.20%,厚度2.6 mm六边形多孔设计与其他结构假体对比,在股骨干两侧力遮挡率最低,依次为13.63%、18.84%、13.22%、-6.20%、-7.68%和-6.08%。结论 多孔较实体假体可有效缓解骨周围组织发生应力遮挡效应和骨吸收;多孔设计中厚度2.6mm六边形结构假体植入后股骨在完整步态周期内的力学特性更优越。