模拟髋关节置换后股骨假体应力松弛的力学特性分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0035

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (3): 385-391.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0035

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

模拟髋关节置换后股骨假体应力松弛的力学特性分析

王刚¹，李新颖²，张树泉³，李亚军⁴

¹内蒙古民族大学附属医院骨科，内蒙古自治区通辽市 028000；²吉林大学中日联谊医院超声科，吉林省长春市 130031；³天津市南开医院骨科，天津市 300100；⁴吉林大学数学学院，吉林省长春市 130028

出版日期:2018-01-28 发布日期:2018-01-28
通讯作者: 张树泉，硕士，主治医师，天津市南开医院骨科，天津市 300100
作者简介:王刚，男，1980年生，内蒙古自治区通辽市人，2015年内蒙古民族大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨科临床与生物力学方面的研究。
基金资助:
吉林省科技发展计划资助项目(20110492)

Stress relaxation mechanics characteristics of femoral prosthesis after simulating hip replacement

Wang Gang¹, Li Xin-ying², Zhang Shu-quan³, Li Ya-jun⁴

¹Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028000, Inner Mongolia Autonomous Region, China; ²Department of Ultrasound, China Japan Union Hospital, Jilin University, Changchun 130031, Jilin Province, China; ³Department of Orthopedics, Tianjin Nankai Hospital, Tianjin 300100, China; ⁴Mathematics School, Jilin University, Changchun 130028, Jilin Province, China

Online:2018-01-28 Published:2018-01-28
Contact: Zhang Shu-quan, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Tianjin Nankai Hospital, Tianjin 300100, China
About author:Wang Gang, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028000, Inner Mongolia Autonomous Region, China
Supported by:
the Science and Technology Development Program of Jilin Province, No. 20110492

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

应力松弛：是骨组织为了适应人的生理需要而固有的力学特性，全髋关节置换假体主要置于松质骨中，必然会使股骨和骨髓受到损伤。全髋关节置换后股骨的应力松弛特性会发生改变，定量对比分析传统型假体置入股骨和保留股骨颈型解剖型假体置入股骨后的应力松弛力学特性具有重要的临床意义。

保留股骨颈型解剖型假体：全髋关节置换假体主要置于松质骨中，必然会使股骨和骨髓受到损伤，推断认为全髋关节置换后股骨的应力松弛特性会发生改变。传统型假体的置入股骨时需将股骨头、股骨颈去掉，挖除股骨截面远端的骨髓和松质骨，对松质骨和骨髓破坏较大，会对股骨的应力松弛特性造成较大影响。保留股骨颈型解剖型假体由于保留了股骨颈，对股骨髓腔内骨髓挖出的骨髓少，会对股骨的应力松弛特性造成影响小，但必须通过实验来验证。

摘要

背景：以往髋关节与髋关节置换生物力学研究多以假体置入后压缩、弯曲、扭转力学性能与假体置入后三维有限元力学分析居多，关于模拟假体置换股骨置入不同假体后的应力松弛特性研究鲜有报道。

目的：通过模拟髋关节置换后股骨的应力松弛实验，从流变学角度对临床髋关节置换后2种人工假体进行对比分析，为临床提供应力松弛特性参数。

方法：随机取8个股骨标本作为传统型假体置入组，将标本分别固定于操作平台上，于小转子上方1.5 cm处至股骨颈外侧大转子底部截骨，去掉股骨头和大部分股骨颈，挖除股骨截面远端的松质骨，由大转子侧向远端通髓腔，确定髓腔位置，用髓腔锤扩髓，清除内部的碎屑；另取8个股骨标本作为保留股骨颈解剖型假体置入组。分别将2组标本置于试验机工作台上以50%/min的应变增加速度进行实验，设定时间7 200 s，采集100个数据。

结果与结论：①已有报道正常股骨7 200 s应力松弛量为0.384 MPa，保留股骨颈解剖型假体组和传统型假体组7 200 s应力松弛量分别为0.379 MPa 和0.362 MPa，保留股骨颈解剖型假体固定组7 200 s应力松弛量大于传统假体固定组，差异有显著性意义(P < 0.05)；②得出了2组标本的应力松弛数据，采用三参数模型建立了应力松弛方程，更有利于阐明不同假体置入股骨后的应力松弛特性；③结果表明，保留股骨颈假体固定组和传统假体固定组具有不同的应力松弛力学特性；保留股骨颈解剖型假体由于保留了股骨颈，对应力松弛力学特性影响较小。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-5457-4905(王刚)

关键词: 应力松弛, 髋关节置换, 流变特性, 骨科植入物, 人工假体

Abstract:

BACKGROUND: The previous biomechanical study of hip and hip replacement mostly analyzed the compressive, flexural and torsional mechanical properties and the three-dimensional finite element mechanics after prosthesis placement. There are few reports about the stress relaxation characteristics after femoral implant replacement.

OBJECTIVE: To compare and analyze two kinds of artificial prostheses after hip replacement from the angle of rheology by simulating femoral stress relaxation experiment so as to provide stress relaxation characteristics parameters.

METHODS: Eight femoral samples were randomly selected as the conventional prosthesis group. The specimen was fixed to the operation platform. The specimens were taken from the part of 1.5 cm above trochanter minor to trochanter major. After removal of the femoral head and most of the femoral neck, cancellous bone distal to the femoral section was removed. Medullary cavity was dredged from the distal side of trochanter major to determine the position of medullary cavity. The medullary cavity hammer was used to expand the medullary cavity. The detritus inside was removed. An additional eight femoral specimens were randomly taken for femoral neck prosthesis group. Two groups of samples were placed on the workbench, and experiment was conducted at increased strain speed of 50%/min. The time was set at 7 200 s, and 100 data were collected.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Stress relaxation amount was 0.384 MPa at 7 200 s in normal femur as previously reported. The stress relaxation amount was 0.379 MPa and 0.362 MPa in the conventional prosthesis group and femoral neck prosthesis group. The stress relaxation amount was significantly larger in the femoral neck prosthesis group than in the conventional prosthesis group at 7 200 s (P < 0.05). (2) Two groups of stress relaxation data were obtained and stress relaxation equation was established by three parameters of the model. It is conducive to clarify the stress relaxation characteristics of different implants into the femur. (3) Femoral neck prosthesis group and conventional prosthesis group have different stress relaxation mechanics. Due to the retention of the femoral neck, less impact was found on the stress relaxation mechanics.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Arthroplasty, Replacement, Hip, Stress, Mechanical, Prosthesis Implantation, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

王刚，李新颖，张树泉，李亚军. 模拟髋关节置换后股骨假体应力松弛的力学特性分析[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(3): 385-391.

Wang Gang, Li Xin-ying, Zhang Shu-quan, Li Ya-jun. Stress relaxation mechanics characteristics of femoral prosthesis after simulating hip replacement[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(3): 385-391.

图/表（结果） 4

2.1 传统型假体置入组应力松弛曲线 传统型假体置入组应力松弛曲线见图1。传统型人工假体置入组初始应力为1.57 MPa，7 200 s时应力为1.32 MPa，应力松弛最初 1 200 s变化较快，之后应变缓慢下降，达到7 200 s时应力松弛曲线基本趋于水平。

2.2 保留股骨颈解剖型假体置入组应力松弛曲线 保留股骨颈解剖型假体置入组应力松弛曲线见图2。保留股骨颈解剖型人工假体组初始应力为1.57 MPa，7 200 s时应力为1.34 MPa，应力松弛最初1 200 s变化较快，之后应变缓慢下降，达到7 200 s时应力松弛曲线基本趋于水平。

已有研究报道正常股骨7 200 s应力松弛量为 0.384 MPa^[21]，如图1，2所示，保留股骨颈解剖型假体置入组7 200 s应力松弛量为0.379 MPa，传统型假体置入组7 200 s应力松弛量为0.362 MPa，保留股骨颈解剖型假体置入组7 200 s应力松弛量大于传统型假体置入组，差异有显著性意义(P < 0.05)。

2.3 传统型假体置入组标本归一化应力松弛函数曲线 传统型假体置入组标本归一化应力松弛函数曲线见图3。传统型人工假体置入组初始应力松弛函数值为1，7 200 s时归一化应力松弛函数值为0.78。应力松弛函数最初1 200 s变化较快，之后缓慢下降，达到7 200 s时应力松弛函数曲线基本趋于水平。

2.4 保留股骨颈解剖型假体组置入组归一化应力松弛函数曲线 保留股骨颈解剖型人工假体组置入组归一化应力松弛函数曲线见图4。保留股骨颈解剖型人工假体置入组初始应力松弛函数值为1，7 200 s时归一化应力松弛函数值为0.76。应力松弛函数最初1 200 s变化较快，之后缓慢下降，达到7 200 s时应力松弛函数曲线基本趋于水平。

如图3，4所示，保留股骨颈解剖型假体置入组7 200 s应力松弛函数值为0.76，传统型假体置入组7 200 s应力松弛函数值为0.78，保留股骨颈解剖型假体置入组7 200 s应力松弛量小于传统型假体置入组，差异有显著性意义(P < 0.05)。

2.5 应力松弛方程计算结果 采用三参数模型计算2组标本的应力松弛方程，三参数模型见图5^[22]。得出了三参数模型中的弹性模量E1、E2值和时间值，由方程得知应力与时间的关系是以指数函数关系变化的。

其中：

σ-系统的总应力；

ε-总应变；

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引言

髋关节是人体最大的关节，是连接躯干与下肢的中枢，肩负着人体自重及行走、坐卧姿势的变换^[1]。由于其所处重要的解剖位置和重要的生理功能，髋关节的重要组成部分股骨头、股骨颈极易受到伤害。股骨头缺血性坏死、髋关节骨性关节炎、股骨颈骨折等是髋关节的常见病和多发病。随着社会的进步人们对髋关节骨性关节炎、股骨头缺血性坏死、股骨颈骨折的治疗不断改进，但保守治疗失败后，只能实行全髋关节置换。国内外大量的实验研究和临床研究结果均认为，全髋关节置换是目前临床上一种治疗股骨颈骨折以及晚期股骨头坏死最为有效的方法^[2-5]。髋关节置换术后随着时间的推移出现假体松动、下沉等，特别是10年翻修率较高^[6]。

国内外学者对上述问题从临床、组织学、生物学等方面进行了大量的研究^[7-12]。Matharu等^[13]报道了人工全髋关节置换术后14年14.9-49.9岁、平均41.5岁的患者病历进行统计分析结果表明，假体生存率达94.1%。Yoo等^[14]对185例术前磁共振成像MRI确诊坏死范围为 11%-60%(平均42.7%)的股骨头坏死患者行人工全髋关节置换术治疗后平均随访88个月，髋关节Harris评分和改良加州大学洛杉矶分校活动评分均明显提高，无假体松动和翻修。Sandiford等^[15]研究了107例109髋人工全髋关节置换后8年翻修率仅为6.4%，人工全髋关节置换失败病例主要为女性患者(6例)。Pailhe等^[16]报道的平均年龄69.2岁的老年患者，人工全髋关节置换后10年假体生存率仍有96.4%。Daniel等^[17]对1 000髋人工全髋关节置换病例进行统计分析结果显示，人工全髋关节置换后12年假体生存率为97.4%，15年的假体生存率为95.8%。Kretzer等^[18]对5种钛金属不同配柄的金属腐蚀和离子释放研究认为，在模拟的运动状态下，组配性与金属离子的释放或腐蚀没有相关性，在电子显微镜下结合部位发现假体配柄有腐蚀现象，但综合所有的假体测试结果分析认为，腐蚀现象并不是很明显。以往髋关节与髋关节置换生物力学研究多以假体置入后压缩、弯曲、扭转力学性能与假体置入后三维有限元力学分析居多，关于模拟假体置换股骨置入不同假体后的应力松弛特性研究鲜有报道。骨力学是生物力学的重要分支，研究骨组织在外力作用下的力学特性，是评价骨受力后生物效应的重要的基础工作^[17]。

全髋关节置换假体主要置于松质骨中，必然会使股骨和骨髓受到损伤，推断认为全髋关节置换术后股骨的应力松弛特性会发生改变。传统型假体置入股骨时需将股骨头、股骨颈去掉，挖除股骨截面远端的骨髓和松质骨，对松质骨和骨髓破坏较大，会对股骨的应力松弛特性造成较大影响。保留股骨颈型解剖型假体由于保留了股骨颈，对股骨髓腔内骨髓挖出的骨髓少，会对股骨的应力松弛特性造成影响小，但必须通过实验来验证。

鉴于临床髋关节置换和新型人工假体设计的需要，作者体外模拟髋关节置换，分别置入普鲁斯公司产传统型假体和德国产保留股骨颈解剖型假体后进行应力松弛实验，以应力松弛特性指标评估置入2种假体的固定效果，旨在为临床人工关节置换和新型人工假体设计应力松弛提供力学基础。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 体外生物力学对比实验。

1.2 时间及地点 于2014年10月至2015年12月在吉林大学力学实验室完成。

1.3 材料

1.3.1 股骨标本实验所用16个正常国人男性尸体股骨标本由吉林大学大学解剖教研室提供，年龄25-32岁，避免了因年龄、性别的差异给实验带来误差。人死亡后2 h之内解剖尸体，取出股骨标本后包裹于以生理盐水浸湿的纱布中，装入塑料袋，密封后存放于-20 ℃冰箱内待用。

1.3.2 人工关节保留股骨颈解剖型钛合金人工关节由德国LINK公司生产，传统型钴铬钼人工关节由北京普鲁士公司生产，均具有良好的生物相容性。

1.3.3 实验用主要仪器和设备 AG-10TA自动控制电子万能试验机，日本岛津制作所；读数显微镜，长春市第三学仪器厂。

1.4 方法

1.4.1 实验标本分组实验前取出股骨标本，在常温下解冻。随机取8个标本作为保留股骨颈解剖型钛合金人工关节置入组，另外8个标本作为去除股骨颈的传统型钴铬钼人工关节置入组。

1.4.2 传统型假体置入方法将股骨固定于操作平台上，于小转子上方1.5 cm处至股骨颈外侧大转子基底部截骨，去掉股骨头和大部分股骨颈，挖除股骨内远端的松质骨，确定髓腔位置，由大转子侧向远端通髓腔，用髓腔锉扩髓，清除内部的碎屑。选择合适的传统型钴铬钼人工假体置入髋关节，进行生物学固定，叩打结实。保持股骨颈前倾10°-15°。

1.4.3 保留股骨颈解剖型假体置入方法将股骨固定于操作平台上，于股骨头下垂直股骨颈截骨，截骨线外侧距大转子基底为1.5 cm，去掉股骨头，于小转子侧中央开孔，选择合适粗细和曲率的髓腔锉扩通髓腔，选择合适的保留股骨颈解剖型钛合金人工假体置入髋关节体，进行生物学固定，叩打结实，使假体颈领紧密坐于股骨颈皮质上。

1.4.4 股骨应力松弛实验方法以钢板尺和读数显微镜测量股骨标本的长度和直径。置入传统型钴铬钼人工关节组标本长为368.2-432.4 mm，直径为26.48-27.32 mm；置入保留股骨颈解剖型钛合金人工关节组标本长为376.8-440.6 mm，直径为26.31-28.24 mm。

将标本的原始尺寸输入到控制机器的计算机内。按参考文献[19-20]的方法进行预调处理后进行实验。将标本置于试验机工作台上，标本上端部与试验机上压头接触，为使标本保湿，以生理盐水浸湿的纱布包裹标本，定时喷洒pH值为7.4的生理盐水。试验机带有-35-250 ℃环境温箱，可自动调节温度和保持温度恒定，本实验在(36.5±0.5)℃的温度下进行。

以50%/min的应变增加速度对标本施加应变。当解剖型假体组应变达到0.366%、传统型假体固定组应变达到0.317%。各组应力达到1.57 MPa时使应力保持恒定，应力随时间改变不断下降。计算机程序设定从时间t(0)开始采集数据，每0.6 s采集一个数据，采集10次，之后每10 s采集一个数据，采集40次；之后每136 s采集1个数据，采集50次，共采集100个数据，历时7 200 s。达到设定时间后打印机自动打印出实验数据和曲线。

1.5 主要观察指标 应力松弛数据与曲线，应力与时间的变化规律。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

骨是有生命的，骨的力学特性受成分性别、年龄、骨所在的部位、骨的成分等个体主观因素影响，受标本贮存时间、环境温度的影响，还受受力方向，应变率、机器灵敏度、实验标本的干湿程度、标本贮存时间的长短、环境温度等客观因素的影响^[1]。本实验充分考虑了上述因素对应力松弛实验的影响。实验股骨标本均为正常国人男性青年尸体标本，年龄25-32岁，避免了因年龄、性别的差异给实验带来误差。本实验股骨标本贮存时间仅为2 d，并且以生理盐水浸湿的纱布包裹，存放于 -20 ℃冰箱内，标本的湿度没有流失。实验过程中不断地向标本喷洒生理盐水，避免了标本在实验过程中湿度的流失。在同一温度场下以同一实验速度在相同方向股骨标本加载，避免了由于实验速度，加载方向和实验温度等造成的误差。

实验结果表明，保留股骨颈解剖型假体置入组7 200 s应力松弛量为0.379 MPa，北京普鲁士公司产传统型假体置入组7 200 s应力松弛量为0.362 MPa，保留股骨颈解剖型人工假体置入组7 200 s应力松弛量大于传统型人工假体置入组，差异有显著性意义(P < 0.05)。应力松弛最初 1 200 s变化较快，之后应变缓慢下降，达到7 200 s时应力松弛曲线基本趋于水平。2组股骨的应力松弛曲线均呈对数关系变化。已有报道正常股骨7 200 s应力松弛量为 0.384 MPa^[21]，本实验传统型假体置入组7 200 s应力松弛量小于文献[21]正常股骨7 200 s应力松弛量，差异有显著性意义(P < 0.05)；本实验保留股骨颈解剖型假体置入组 7 200 s应力松弛量小于文献[21]中正常股骨7 200 s应力松弛量，但差异无显著性意义(P > 0.05)。

股骨为黏弹性材料，其固有的蠕变、应力松弛力学特性是为了适应股骨的生理需要而存在的。股骨的应力松弛特性和股骨内的弹性纤维胶原纤维和弹性纤维的数量、排列方向，水分含量、胶原蛋白含量等有着直接的关系。传统型假体的置入股骨时需将股骨头、股骨颈去掉，挖除股骨截面远端的骨髓和松质骨，对松质骨和骨髓破坏较大，从而造成水分的流失，所以对股骨的应力松弛特性造成较大影响。德国产保留股骨颈型解剖型假体由于保留了股骨颈，对股骨髓腔内骨髓挖出的骨髓少于传统型假体固体组，其水分的流失少于传统型假体组，所以对应力松弛力学特性影响较小。本实验结果与所期望的结果相符。

关于解剖型假体置入股骨的生物力学研究，Kim等^[23]对比分析了解剖型假体置入股骨与普通假体生物固定的效果，结果表明，解剖型假体置入股骨后近端的髓腔更加近于解剖状态的匹配，而股骨的远端比生物学固定要细，由于近段匹配具有良好的应力传导，又由于股骨远端较细的结构不但避免了过大的屈曲刚度，而且避免了远端皮质骨的接触，明显的降低了应力遮挡。张鹏等^[24]对后外侧入路行全髋关节置换后外侧结构重建前后的髋关节生物力学变化进行了分析，采用常规采用后外侧入路、生物型假体行人工全髋关节置换患者，发育性髋关节发育不良并骨关节炎患者股骨颈骨折患者行关节囊及外旋肌群修复，于关节囊及外旋肌群修复前后分别测定髋关节内收、外展0°，屈曲45°和屈曲90°内旋时，关节即将脱位时扭矩的大小，观察股骨大转子后方有无骨折、关节囊及外旋肌群有无撕裂、缝线有无开结及断线、坐骨神经损伤。结果表明，关节囊及外旋肌群缝合前后扭矩有显著增加，屈髋45°时，缝合前扭矩测量为(7.88± 5.87) N•m，缝合后扭矩为(14.03±6.81) N•m，差异有显著性意义(P < 0.01)；屈髋90°时，缝合前扭矩测量为(12.22±3.58) N•m，缝合后扭矩为(17.15±5.81) N•m，差异有显著性意义(P < 0.01) 。得出了全髋关节置换术中后方关节囊及外旋肌群的修复可显著改善全髋关节置换术后关节即刻稳定性的结论。Hirata等^[25]以三维有限元的方法建立不同形状的股骨假体柄置入前后股骨的三维有限元模型，对比分析假体置入后在载荷作用下的应力分布情况，并与患者置入假体术后1年后股骨的骨密度与应力分布之间的关系进行对比分析，发现不同形状的股骨柄假体都表现出4区承受的应力最大，而1区承受的应力最小，这或许与全髋关节置换术后骨密度的改变相关。Liu等^[26]建立股骨转子间骨折及骨水泥型股骨柄置入术后有限元模型模拟单腿站立姿势并进行力学加载分析，发现骨水泥型全髋关节置换治疗老年EvansⅠ-Ⅲ型转子间骨折时股骨假体的应力分布与常规全髋关节置换相似。郑忠等^[27]以三维有限元分析方法对几种成人先天性髋臼发育不良中行全髋关节置换患者髋臼假体安放方法进行了力学的分析，建立了大假体臼部分外露型、大假体臼内移穿透型、小假体臼型和Harris截骨加盖型假体臼等4种力学模型，采用体质量加载法及髋关节周围软组织力学加载法对假体臼侧Mises应力进行计算，结果表明，大假体臼部分外露与大假体臼穿透型差异有显著性意义 (P < 0.01)；大假体臼穿透型与小假体臼和 Harris 截骨加盖型比较，差异有显著性意义(P < 0.01)；而与小假体臼型与Harris截骨加盖型差异无显著性意义(P > 0.05)。郭磊等^[28]对髋臼发育不良的生物力学进行了研究，研究发现，正常髋臼负重后，臼外口呈椭圆形改变，髋臼形变可防止股骨头滑脱，当髋臼发育不良时，人体负重后股骨头有脱位趋势，髋臼形态改变不明显，代偿性的出现髋关节外展肌力的增加，使髋关节压力的增加，以髋臼顶部为重。Kokubo等^[29]设计了一款近端固定、前外侧成钟形及表面为羟基磷灰石涂层的解剖型股骨柄假体，通过非线性三维有限元分析发现骨-假体间的相对运动仅10 μm，并通过临床随访发现其具有假体周围透亮线发生率低、假体下沉少、应力遮挡适中及中期稳定性好等优势。本实验结果支持参考文献[25-26]的观点。

关于人工假体设计，Bougherara等^[30]对碳纤维股骨柄和商业上通用的标准股骨柄的应力、应变和刚度进行了比较分析，发现新型碳纤维复合材料髋关节假体的von Mises、应力范围比标准金属柄低45%-200%。Reimeringer等^[31]利用有限元仿真模拟全髋关节置换术后快速行走和上楼梯的生理活动过程，发现适当地缩短柄的长度对假体的初始稳定性及长期生存率并没有损害。张玉朵等^[32]研究结果表明，随柄长增加股骨应力水平略有增加，由此增加柄长在一定程度上有利于减轻应力遮挡现象，但临床上可能会需要去除更多的骨组织，同时增加手术难度，因此，认为在骨组织和临床条件允许的情况下可适当增加假体柄长；还发现应力遮挡的最大区域在股骨近端尤其是干骺端。因此临床上和假体的设计与选材中均要对该区域多加重视。合理的假体设计可以获得良好固定并有效改善术后的应力状偏心距减小，则载荷的弯矩效应减小，使得假体应力水平降低，减少了假体颈部断裂破坏的可能性。但颈干角过大也造成股骨近端应力水平明显降低，加重应力遮挡。而且，偏心距减小使得外展肌力臂减小，不利于肢体外展功能的恢复；还会影响术后髋关节的活动范围，加大关节脱位的风险^[33]。假体材质的生物力学效应非常关键，假体的刚性与材料的弹性模量及截面面积、形状有关，但体积大、刚性大的假体柄其应力遮挡作用却不一定强，因为应力遮挡是多因素共同作用的结果，其与近端匹配程度的关系更为密切，而且只有弹性模量较为接近骨皮质的弹性材料才有降低应力遮挡的作用^[14]。

本实验与以往研究不同的是对比分析置入传统型假体和保留股骨颈解剖型假体后的应力松弛特性，根据应力与时间的变化规律，以7 200 s压力下降量评估置入传统型假体和保留股骨颈解剖型假体的固定效果，具有创新性。

本实验以三参数模型建立了解剖型假体置入组与传统型假体置入组股骨标本应力松弛方程，更有利于阐明传统型假体和保留股骨颈解剖型假体置入股骨后的应力松弛特性，具有积极的理论意义和临床价值。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

模拟髋关节置换后股骨假体应力松弛的力学特性分析

Stress relaxation mechanics characteristics of femoral prosthesis after simulating hip replacement

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