不同纹理压配合髋臼的稳定性研究

聂小芳 王慧娟 李秀平 李曼 刘文山

【摘要】:在以非骨水泥固定的髋臼置换术中，观察到使用螺钉固定引起的问题越来越多,许多医生也希望不用螺钉固定髋臼金属外杯。所以,非骨水泥髋臼的原始稳定性就显得极为重要了[1].

本文选用了环槽状、钉状和羽状以及光滑表面的髋臼金属外杯,采用压(拉)力机、扭力扳手进行力学测试,对不同外形设计的人造髋臼的轴向自锁性和抗旋转性进行力学对比研究,比较其在模拟的压配合环境下的稳固程度.

【关键词】：人工关节置换 髋臼 压配合

 

【Abstract】 It has been observed that the cementless acetabular cup with screws could cause some questions. For this reason, many surgeons tend to press-fit the cup without screws in the acetabular replacement. So the initial stability of cementless acetabular becomes more important.

Different designed acetabular cups like annular，nail-like，penniform and polished surface cups are chosen to take a mechanical test by using a pressing (pulling) machine，and torsion metter. The purpose of this study is to compare the properties of self-locking and anti-rotation of acetabular with different designs and to compare the stability of these cups in a simulate under press fitting condition.

【Keywords】 joint replacement  acetabular   press fit  texture

介 绍

髋臼金属外杯的外表面有多种不同的流行设计,如:环槽状、钉状、羽状等.其原始稳定性应当并不相同.但临床上不易作出相应的数据统计.无螺钉压配合髋臼的报告尚且不多.髋臼在术后立即松动脱落的情况偶尔闻之,但是更重要的是术者对髋臼的无螺钉状态是否放心,以及何种纹理具有力学意义[2.3].本试验旨在测试髋臼的金属外杯对骨髋臼在轴线方向的压力与拉力，及抗旋转力，以观察其压入后的轴向自锁性和抗旋转性，并测量压配合下的受力区域。

模拟臼窝:直径为70毫米,长为50毫的聚乙烯圆柱体,上端车出半球窝,外径为φ55㎜，内径为φ48㎜.沿外缘再铣出3条沟代表髂骨、坐骨和耻骨的连接处,以便更好的模拟人体髋臼的受力情况(图1).

髋臼金属外杯的制备:

5种髋臼,钉状螺,羽状螺,环槽状螺 (图2,3,5)，球体直径为φ48、齿高1.5，光滑表面及喷砂表面（图4、6）各1个，髋臼球体直径为φ50㎜。
 

操 作:

1、  相同室温下,用万能实验机(图7)将上述5种相同型号的髋臼金属外杯分别压入模拟髋臼窝内,记录压力数值.然后再用专用的拉力工装将金属髋臼一一拔出,分别测量其不同的拉力数值.对上述5种髋臼进行比较(图9，10).并将Fuji压敏纸贴于髋臼内窝，测出髋臼四周受到压力的角度区域(图13.14，15.16)。
 
2、 在相同室温下，用万能实验机（图7）将5种相同型号的髋臼金属外杯分别压入模拟的髋臼窝内，然后固定模拟髋臼窝，再用扭力扳手（图8）转动金属髋臼，分别测量其不同的转动数值，对5种髋臼的抗旋转力进行比较（图11）。
 

结 果：

一.光滑表面的髋臼无自锁性,喷砂有效,钉状纹理效果最佳.

通过对压配合的压力与使之脱位的张力的比率统计(图12),我们可以看出不同外形髋臼的金属外杯,假定在压力相同的条件下,其拔出的张力不等,拔出的张力最大(比率最高)者为稳定性最佳.经过比较,不同表面纹理的金属髋臼的轴向自锁性在骨盆骨质坚硬时以钉状螺型最高,羽状螺次之,环槽状螺较光滑表面(喷砂)的髋臼略高.估计其比率的排列顺序和骨质坚硬时应有所不同。 经过比较,不同表面纹理的金属髋臼的抗旋转性也不同（图11），以钉状螺最高,羽状螺次之,光滑表面最小。

二.压配合的实现位置

众所周知,同一半径的半球和半球之间无压配合效应,而当金属髋臼与髋臼窝的直径差大于1mm时,就可以通过髋臼侧的弹性形变产生局部压配合,但是其作用点是非常有限的.

从实验结果可以看出: 髋臼的金属外杯在打入骨髋臼时,其受力区域都在5°-30°之间的环状区域内(图13、14、15、16).此区域为纹理有效区。
 

参考文献

1.       Effect of Cementless Acetabular Cup Geometry on Strain Distribution and Press-Fit Stability, Michael D.Ries MD.Mark Harbaugh MS. Jeff Shea BS.etc. The Journal of Arthroplasty Vol.12 No.2 1997

2.       Three-Dimensional Photoelastic Analysis Of Acetabular Stresses Produced By Press Fit Cups, James W.Harkess M.D.,Michael Ries M.D.David LaVelle M.D. Abraham Salehi PH.D. 强生公司材料

3．The Distribution Of Micromotion At The Cementless At Interface,KAMARIC E,NOBLE PC,ALEXANDER JW,COLLIER M,PARAVICV, 42ndAnnual Meeting