论文摘要
人工关节置换是对疾病或肿瘤造成的关节破坏进行修复,解决疼痛、畸形和功能障碍,重建一个接近正常功能的关节,是近30年来矫形外科学中投资最大,发展变化最突出的领域之一。然而在人体的众多关节当中,肩关节的活动度最大,肩关节置换手术也因此成为研究的热点。目前中国市场上的肩关节假体主要来自于欧美市场,欧美肩关节设计主要依赖于西方人肩关节解剖参数,主流产品为UNIVERSE 3-D,其特点为:肱骨近端假体倾斜角连续可调范围为125到140度,肱骨假体关节面前后扭转角的连续可调角度从+15到-15度,偏心距为3.5mm,可变角度为0、45、90、135、180,共5个角度。UNIVERSE 3-D基本能适应个体化要求。然而,国人肩关节解剖参数与西方人解剖参数有差异,国人接受置换手术后由于假体不适带来的并发症发生率较西方人多,因此研究设计符合国人的肩关节假体逐渐受到越来越多的专家和学者关注。对比分析国人肩关节解剖参数与国外肩关节解剖参数可知,国人肩关节头曲率半径、向内偏心距、关节面张角等指标测值小于西方人,而向后侧偏心距、头斜倾角、盂上下曲率半径大于西方人。为了改变现在国内各大医院使用的肩关节假体大部分是进口假体的现状,提出新型肩关节假体设计,目标在于其型号大小、设计模型与中国人的体质、解剖特点及运动功能要求适应,改善过去假体所存在的临床效果有限的现状,且降低中国人接受肩关节置换费用,现对肩关节假体结构进行创新性设计。本文以国人肩关节解剖参数为基础,基于一种双齿型结构设计了新型肱骨假体,该假体结构实现肱骨近端倾斜角115o到140o的调整,肱骨近端前后扭转角-20o到+20o的调整,偏心距可以实现2.5mm和4.0mm的调整,且肱骨近端关节面倾斜角和肱骨近端前后扭转角重复调整,手术过程简单易操作。对假体材料进行分析,制定选材原则,根据选材原则选择假体材料为钛合金,在UG 2.0环境下建模,对假体模型进行简化,解除结构的约束,列举各个构件的受力情况等式,计算各个构件所受到的力,由此对肱骨假体各个构件进行结构分析,分析得到整个肱骨假体最大应力为471.7MPa,受最大应力部件为圆形板,选取许用应力为550Mpa的材料,足以满足结构强度。受力分析和应力分析等验证了该新型肩关节结构满足性能要求,选用Ti-15Mo-5Zr-3Al合金能更好的满足结构性能要求。