骨小梁髋假体柄植入的应力分析.pdf

窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 2024骨小梁髋假体柄植入的应力分析李博1，高丽兰1，2，陈亚2，刘淑红2，胡亚辉1，吕林蔚1，2，叶金铎2，张春秋1，2*（1.天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，机电工程国家级实验教学示范中心，天津300384；2.天津市骨植入物界面功能化与个性研究企业重点实验室，嘉思特医疗器材（天津）股份有限公司，天津300190）摘要目的院分析髋关节置换中实心钛合金假体与骨小梁假体柄植入的应力。方法院基于Mimics软件逆向建立股骨模型，并使用Geomagic软件对股骨模型进行优化，再通过SolidWorks软件将模型实体化。将截骨后的股骨与金属股骨柄进行装配，并将装配好的模型导入ABAQUS中进行有限元计算。将股骨上部分为内侧近端点（小转子区）、外侧近端（大转子区）、股骨干近端点（茎突中段周围）、远端区域（茎突末端周围和远端）4个区域（处于不同整合状态），计算步态、爬楼梯载荷下植入实心钛合金假体和骨小梁假体前后的股骨应力以及区域未整合时的界面应力，并通过应力椭球分析骨界面的变形类型。结果院在小转子区，步态和爬楼梯载荷下骨小梁假体相比实心钛合金假体应力屏蔽率分别降低了20.5%和14.7%。实心钛合金假体存在不同整合状态时，步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为10.842、12.900 MPa，剪应力最大分别为7.050、6.805 MPa；而骨小梁假体存在不同整合状态时，步态与爬楼梯载荷下界面拉应力最大分别为3.858、4.389 MPa，剪应力最大分别为4.156、3.854 MPa。2种不同载荷下，界面内侧剪应力椭球开口朝向两侧，骨界面发生拉伸变形；界面外侧剪应力椭球上下开口，发生压缩变形。结论院全髋关节置换术后，骨小梁假体的整体性能优于实心钛合金假体，且假体-骨界面未整合边缘易发生应力集中以及变形，引发进一步失效。关键词髋关节置换；骨小梁型假体；假体柄；应力屏蔽；界面强度；界面变形中国图书资料分类号R318.6曰TH781文献标志码A文章编号1003-8868渊2024冤03-0029-07DOI院10.19745/j.1003-8868.2024045Stress analysis of trabecular hip prosthesis stem implantationLI Bo1,GAO Li-lan1,2,CHEN Ya2,LIU Shu-hong2,HU Ya-hui1,LYU Lin-wei1,2,YE Jin-duo2,ZHANG Chun-qiu1,2*(1.Tianjin Key Laboratory of Advanced Electromechanical System Design and Intelligent Control,National ExperimentalTeaching Demonstration Center of Electromechanical Engineering,Tianjin University of Technology,Tianjin 300384,China;2.Tianjin Key Laboratory of Bone Implant Interfacial Functionalization and Personality Research,Jiast Medical Equipment(Tianjin)Company Limited,Tianjin 300190,China)AbstractTo analyze the stresses in implanted titanium solid and bone trabecular prosthesis hip replacements.A femur model was built inversely based on Mimics software,and optimized using Geomagic software,and thenmaterialized by SolidWorks software.The osteotomized femur was assembled with the metal femoral stem to form a model,andthen the model was imported into ABAQUS for finite element calculation.The upper femur was divided into four regions indifferent states of integration:medial proximal point(small trochanter region),lateral proximal region(large trochanter region),proximal point of the femoral stem(region around the mid-portion of the styloid process)and distal region(around the end ofthe styloid process and distal portion).Calculations were carried out over the femoral stresses before and after implantation oftitanium solid and trabecular prostheses under gait and stair-climbing loads and the interfacial stresses when the region wasunintegrated.The type of deformation at the bone interface was analyzed by means of a stress ellipsoid.At the smalltrochanter region,the stress shielding rates of the trabecular prosthesis under gait and stair climbing loads were reduced by20.5%and 14.7%compared to the titanium solid prosthesis,respectively.In case of different integration states of the titaniumsolid prosthesis,the interface tensile stresses under the gait and stair climbing loads were up to 10.842 MPa and 12.900 MPa,and the shear stresses reached 7.050 MPa and 6.805 MPa,respectively;in case of different integration states of the trabecularprosthesis,the interface tensile stresses under the gait and stair climbing loads were up to 3.858 MPa and 4.389 MPa,and theshear stresses reached 4.156 MPa and 3.854 MPa,respectively.Under the 2 different loads,the inboard shear stress ellipsoidof the interface opened toward the sides and the bone interface showed tensile deformation;the outboard shear stress ellipsoidof the interface opened up and down and had compressive deformation.After total hip arthroplasty,the overallperformance of the trabecular prosthesis is better than that of the titanium solid prosthesis.The unintegrated edges of the栽澡藻泽蚤泽论著李博，高丽兰，陈亚，等.骨小梁髋假体柄植入的应力分析J.医疗卫生装备，2024，45（3）：29-35.29 窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 20240引言全髋关节置换术中，由于生物组织与金属之间的化学相互作用太弱，钛合金作为植入物时不能保证植入物的长期固定1，因此固体钛植入物在替代松质骨缺损或作为椎间隔物时可能不利于实现长期稳定。临床使用的关节假体大致分为非生物型和生物型，其中非生物型假体主要靠黏接剂骨水泥实现其在股骨中的固定，而这种固定随着时间的推移会发生无菌性松动，同时可能发生心律失常、下肢静脉血栓等骨水泥植入综合征2。近年来，骨小梁型生物型假体在临床上表现较好，这种假体不需要黏接剂，而是靠多孔表面与骨的机械互锁实现良好固定。但是不论何种假体均对股骨有不同程度的应力屏蔽。临床上应用多种方法降低应力屏蔽，如改变假体位置、选择更优越的假体材料等。由于金属和骨之间的弹性模量存在差异，上肢对于髋关节的生理载荷主要施加在金属柄上，而皮质骨承受载荷减小3-4，这种骨上载荷的改变可导致骨的适应性改建。而有研究发现模拟骨小梁结构的金属假体能够缓解实心钛合金假体导致的应力屏蔽，并有利于成骨和骨改建5，同时其与人骨相近的弹性模量及良好的刚度能够保证较长的寿命，因此临床上更多选择多孔骨小梁假体作为植入假体。研究表明，假体-骨的界面强度是决定假体稳定性的关键参数6。大量文献7-8研究了钛合金假体-骨界面的骨整合与粘结强度，以便进一步研究髋关节在骨内的长期稳定。骨-假体界面应力对假体稳定性影响重大9，界面应力过高可直接导致界面开裂引发进一步失效，增加患者痛苦。界面失效会引发一系列并发症，如股骨颈骨吸收、股骨假体周围骨折、假体松动、假体旋转和假体下沉10。因此研究假体-骨界面未整合区域的力学状态非常必要。假体-骨界面由于复杂的受力情况会发生变形，而变形易导致进一步微骨折，因此探索骨界面变形也具有重要意义。研究表明，通过材料上一节点在应力偏量中的正应力椭球可以判断材料两侧尺寸变化的趋势，剪应力椭球的开口方向也可表征材料在空间中的变形11。已知一点在3个方向上的主应力可以绘制法向应力椭球和剪应力椭球，并可通过这2种图形判断不同应力状态下材料发生变形的类型及尺寸变化的规律，为结构设计或应力、应变分析提供了一种直观有效的方法，并可以借此研究假体-骨界面的变形规律。假体-骨界面不同整合状态影响着假体的长期稳定，故本研究对假体-股骨模型进行有限元计算，研究步态、爬楼梯载荷下植入钛合金实心假体、骨小梁假体后的应力屏蔽效应，分析区域未整合时的界面的拉应力、剪应力，进一步研究假体-骨界面强度和骨界面内外侧变形，为假体的长期稳定提供理论依据。1材料和方法1.1建立模型股骨影像来自于正常成年男子，经检查股骨正常无病理现象。应用医学影像软件Mimics对股骨进行扫描，并进行逆向建模；然后使用逆向建模软件Geomagic对股骨模型进行优化；再通过三维建模软件SolidWorks将模型实体化。为方便对原始股骨与假体植入后的股骨进行对比，对股骨头进行截取12，并以半径为7.5 mm的弯管模拟骨髓腔，最终得到2种股骨模型，如图1（a）、（b）所示。本研究中假体柄采用新型MINI微创短柄，参数为：柄长126 mm，颈干角130毅，材质Ti6Al4V。将截骨后的股骨与金属股骨柄进行装配13，植入假体的股骨近端模型如图1（c）所示，假体柄如图1（d）所示。使用网格划分软件Hypermesh对假体-股骨模型进行网格处理，防止出现计算不收敛和计算时间过长的问题。处理完成后导入有限元软件ABAQUS。1.2材料设置在有限元软件中设置假体-股骨模型的材料属性，其中股骨的弹性模量为20 GPa，泊松比为0.3；钛基金项目院国家自然科学基金项目（12072235，32271371）；天津市自然科学基金项目（21JCYBJC00940，21JCYBJC00910）作者简介院李博（2000），男，硕士研究生，研究方向为髋关节假体，E-mail：。通信作者院张春秋，E-mail：Zhang_prosthesis-bone interface are susceptible to stress concentrations and distortion which may result in occurrence of failures.悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造袁2024袁45渊3冤院29-35Key wordstotal hip replacement;trabecular bone type prosthesis;prosthesis stem;stress shielding;interface strength;in鄄terface distortion栽澡藻泽蚤泽论著李博，高丽兰，陈亚，等.骨小梁髋假体柄植入的应力分析J.医疗卫生装备，2024，45（3）：29-35.30 窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 2024表1载荷作用点坐标作用点xyzP0291.7224.5245.9P1365.2250.7221.6P2356.7229.2143.3P3321.2230.1121.7注：x、y、z坐标轴正方向分别指向股骨内侧、股骨前侧、竖直向上。表2步态载荷下股骨力学环境作用点作用力x/mmy/mmz/mmP0F1395.577290.472-1 958.134P1F2-412.139-96.824514.059P2F35.733-117.845-591.733表3爬楼梯载荷下股骨力学环境作用点作用力x/mmy/mmz/mmP0F1460.551564.382-1 951.768P1F2-528.710-226.772492.401P2P3F3F414.01456.056-142.688-22.252-860.587-1 701.427（a）完整股骨模型（b）截股骨头后的股骨模型（c）植入假体的股骨近端模型（b）中虚框放大（d）假体柄图1假体-股骨三维模型图3股骨边界条件及载荷设置注：F1F4为作用力。合金假体的弹性模量为110 GPa，泊松比为0.33。本研究中将假体及股骨视为分布均匀的各向同性材料，这样既简化了模型，又减少了计算时间，同时计算结果不会出现很大的偏差。研究表明弹性模量为7.69 GPa的多孔结构受力分布更均匀，能够较好地承担部分由宿主骨所承担的载荷14，因此本研究将骨小梁的弹性模量设置为7.69 GPa。实心钛合金假体柄如图2（a）所示，骨小梁假体柄如图2（b）所示。1.3边界条件与载荷设置对股骨远端进行完全固定。骨整合完好区域设置为绑定，界面开裂区域设置为切向接触，摩擦系数为0.1，设置区域3（如图2所示）为未整合区域（开裂），其他区域整合良好。本研究采用简化后的力学加载15，这种简化后的负载条件与步态、爬楼梯情况下真实的体内力学环境十分贴切，载荷作用点坐标见表1，步态及爬楼梯载荷下股骨力学环境见表2、3。值得注意的是，载荷点要与周围表面进行耦合，以防止出现某点应力集中。步态载荷与爬楼梯载荷的股骨边界条件及载荷设置（设置点相同）分别如图3（a）、（b）所示。1.4观察指标1.4.1应力屏蔽有研究表明，髋关节置换术后股骨存在骨重建和骨量丢失现象，尤其是股骨近端16。文献17认为，应力屏蔽作用大小以应力屏蔽率表示，计算公式如下：浊=（1-滓后滓前）伊100%（1）式中，浊为应力屏蔽率；滓前为置换前的骨应力；滓后为置换后的骨应力。为更直观地研究应力屏蔽效应，本研究基于Gruen分区进行简化，人为地将股骨近端分为4个区域。在简化后Gruen分区的基础上，每个区的平均值可以充分代表应力分布18。1.4.2界面强度假体植入股骨以后，不同阶段假体与骨的整合情况不同，存在整合良好与未整合区域，而假体-骨界面未整合影响假体的长期稳定。研究表明，无羟基磷灰石涂层时的假体-骨界面整合率为7%，有表面涂层时可达到90%19，基于此进行不同整合情况的界面强度研究。为了确定全髋关节置换术后假体的稳定性，利用有限元软件对假体-股骨模型进行模拟仿真，探索不同整合状态下界面拉伸与剪切强度的最大值、未整合区域的应力分布，以保证假体-骨界面的可靠性。图22种不同的假体柄（a）步态载荷（b）爬楼梯载荷F1F2F3F4完全固定F1F2F3完全固定单位：mm注：x、y、z坐标轴正方向分别指向股骨内侧、股骨前侧、竖直向上。注：x、y、z坐标轴正方向分别指向股骨内侧、股骨前侧、竖直向上。zx骨髓腔zxzx注：（b）中1、4区为钛合金实体，2、3区为骨小梁区域，泊松比均为0.33。1234zx（a）实心钛合金假体柄（b）骨小梁假体柄zxzxzx栽澡藻泽蚤泽论著李博，高丽兰，陈亚，等.骨小梁髋假体柄植入的应力分析J.医疗卫生装备，2024，45（3）：29-35.31 窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 20241.4.3界面变形假设三维空间中一点在3个方向的主应力分别为滓1、滓2、滓3，则过该点任意一斜面上的全应力S、正应力滓v、剪应力子v计算公式如下：S=l2滓21+m2滓22+n2滓23姨（2）滓v=滓1l2+滓2m2+滓3n2（3）子v=S2-滓2v姨=l2m2（滓1-滓2）2+m2n2（滓2-滓3）2+n2l2（滓3-滓1）2姨（4）式中，l、m、n分别为过该点的斜面法线的方向余弦，三者之间的关系为l2+m2+n2=1。设正应力在x、y、z方向上的应力分量为滓v1、滓v2、滓v3，并认为正应力沿截面的外法线方向为正，可得到正应力为正、负时的描述方程：（滓2v1+滓2v2+滓2v3）1.5=（滓1滓2v1+滓2滓2v2+滓3滓2v3）1.5（滓2v1+滓2v2+滓2v3）1.5=-（滓1滓2v1+滓2滓2v2+滓3滓2v3）1.5扇墒设设设设缮设设设设（5）同时设剪应力在x、y、z方向上的应力分量为子1、子2、子3，可得到剪应力的描述方程11：子1=依1-m2-n2姨（滓1-滓2）m2+（滓1-滓3）n2子2=m（滓1-滓2）m2+（滓1-滓3）n2+（滓2-滓1）子3=n（滓1-滓2）m2+（滓1-滓3）n2+（滓3-滓1）扇墒设设设设设设缮设设设设设设（6）根据Levy-Mises公式可知，一个点的瞬时尺寸变化是由应力偏差决定的，因此，可以在应力偏差处绘制节点剪应力椭球和在应力偏量中的正应力椭球，以描述界面变形。2结果2.1应力屏蔽应力屏蔽现象可通过股骨干表面沿股骨径向的主应力（Mises应力）进行表征。本研究基于Gruen分区将股骨上部分为4个区域20：1区代表内侧近端点（小转子区）、2区代表外侧近端（大转子区）、3区代表股骨干近端点（茎突中段周围）、4区代表远端区域（茎突末端周围和远端）。取4个区域中的若干节点计算平均应力，结果如图4所示，可见在小转子区应力屏蔽最为明显。2种力学加载下，实心钛合金假体承受了大部分应力，导致股骨所受应力降低，而骨小梁假体缓解了实心钛合金假体带来的应力屏蔽。图4股骨近端应力示意图爬楼梯步态876543210Mises应力/MPa小转子区爬楼梯步态00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5Mises应力/MPa大转子区爬楼梯步态151050茎突中段周围Mises应力/MPa爬楼梯步态Mises应力/MPa0246810 12 14 16 18 20茎突末端周围和远端简化后Gruen分区实心钛合金假体骨小梁假体完整股骨2134同时由图5可见，步态载荷下，植入实心钛合金假体时1区的应力屏蔽率达到了55.4%，24区依次为11.5%、14.4%和13.0%；而植入骨小梁假体时1区的应力屏蔽率仅为34.9%，24区依次为4.0%、10.8%和12.0%。爬楼梯载荷下，植入实心钛合金假体时1区的应力屏蔽率达到了50.0%，24区依次为8.9%、14.9%和21.4%；而植入骨小梁假体时1区的应力屏蔽率仅为35.3%，24区依次为3.8%、12.1%和20.7%。值得注意的是，骨小梁假体对应力屏蔽的缓解在小转子区表现最为明显，步态载荷下比实心钛合金假体减小了20.5%，爬楼梯载荷下比实心钛合金假体减小了14.7%。2.2界面强度以假体-骨界面未整合区域（假体柄区域3）开栽澡藻泽蚤泽论著李博，高丽兰，陈亚，等.骨小梁髋假体柄植入的应力分析J.医疗卫生装备，2024，45（3）：29-35.32 窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 2024（a）拉应力云图表4植入不同假体时未整合区域界面应力最大值比较假体类型步态载荷爬楼梯载荷拉应力剪应力拉应力剪应力实心钛合金假体10.8427.05012.9006.805骨小梁假体3.8584.1564.3893.854图7不同载荷下的界面两侧应力最大处节点表52种载荷下节点主应力比较实心钛合金假体骨小梁假体拉应力（MPa）12.9008.6454.3910.137-4.118-8.372-12.626-16.881-21.135-25.389-29.644-33.898-38.153步态载荷爬楼梯载荷实心钛合金假体骨小梁假体步态载荷爬楼梯载荷剪应力（MPa）7.0505.8804.7103.5402.3701.2000.030-1.140-2.311-3.481-4.651-5.821-6.991内侧外侧318995769902裂为例进行数值模拟，植入不同假体时的界面应力云图如图6所示。由图6可知，拉应力、剪应力的应力集中均发生在界面开裂边缘，且骨小梁假体降低了界面应力。假体-骨界面未整合区域应力最大值见表4。由表4可以看出，与实心钛合金假体相比，骨小梁假体界面应力均有不同程度的降低，在拉应力方面表现尤为明显：步态、爬楼梯载荷下界面拉应力分别减小了64.4%、66.0%，而界面剪应力分别减小了41.0%、43.4%。也可以得出，爬楼梯载荷下，骨小梁假体表现出更优越的性能，更多地降低了界面应力。2.3界面变形植入骨小梁假体时取未整合区域应力最大处节点，步态载荷下分别为89557、31，爬楼梯载荷下分别为69902、31，如图7所示，获得各点3个方向上的主应力，结果见表5，分别代入公式（5）、（6），绘制正应力和剪应力图形。由图7可知，假体-骨界面最大拉应力均发生在界面外侧，而最大剪应力均发生在界面内侧。界面的尺寸变化直接影响界面变形，如图8所示，在2种不同载荷下，界面内侧剪应力椭球开口朝向两侧，骨界面发生拉伸变形；界面外侧剪应力椭球上下开口，发生压缩变形。3讨论假体-骨界面存在不同的整合状态，而未整合区域会进一步导致界面失效。因此本研究在有限元环境（a）步态载荷（b）爬楼梯载荷图5步态与爬楼梯载荷下股骨近端应力屏蔽率实心钛合金假体骨小梁假体504030201001234简化Gruen分区实心钛合金假体骨小梁假体4030201001234简化Gruen分区（b）剪应力云图图6不同生理载荷下植入不同假体时的界面应力云图载荷类型节点滓1/MPa滓2/MPa滓3/MPa步态895570.650 90.027 2-0.487 1310.088 2-0.000 4-0.206 4爬楼梯699022.907 80.306 3-0.472 6310.094 5-0.002 5-0.215 4单位院MPa注：1区为小转子区，2区为大转子区，3区为茎突中段周围，4区为茎突末端周围和远端。栽澡藻泽蚤泽论著李博，高丽兰，陈亚，等.骨小梁髋假体柄植入的应力分析J.医疗卫生装备，2024，45（3）：29-35.33 窑医疗卫生装备窑 2024年3月第45卷第3期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 3 窑 March 窑 2024下建立了步态和爬楼梯2种载荷下的关节假体-股骨模型，数值模拟结果表明骨小梁假体对应力屏蔽的降低效应在小转子区表现最为明显，步态和爬楼梯载荷下分别降低了20.5%、14.7%。在界面未整合区域，步态载荷下实心钛合金假体的拉应力、剪应力分别达到10.842、7.050 MPa，而骨小梁假体为3.858、4.156 MPa，分别降低了64.4%和41.0%；爬楼梯载荷下钛合金假体的拉应力、剪应力分别达到12.900、6.805 MPa，而骨小梁假体为4.389、3.854 MPa，分别降低了66.0%和43.4%。而在未整合区域，界面内侧发生压缩变形，外侧发生拉伸变形，发生较大变形时界面失效。在全球范围内，大量文献21-22研究了髋关节的生物力学和人工假体的应力屏蔽作用。Silva等23认为，47%59%的骨质丢失源于应力屏蔽，并提出应力屏蔽率达30%以上则易出现严重的骨质丢失。Isabel等24研究发现，纯钛骨小梁假体能够实现良好的骨结合，这说明骨小梁型假体在全髋关节置换术中具有一定的优越性。Sajad等25的研究结果显示，多孔种植体在股骨近端的应力屏蔽率仅为8%，比实心钛合金假体降低了19%。本研究结果表明，相比实心钛合金假体，骨小梁假体在步态和爬楼梯载荷下的应力屏蔽率分别减小了20.5%、14.7%，验证了骨小梁假体对应力屏蔽有较好的缓解作用。界面应力集中不利于界面整合，因此有大量学者进行了假体-骨的界面强度研究。Oh等26的研究显示羟基磷灰石涂层/多孔钛的拉伸强度约为7 MPa。Wang等27经研究发现一种多孔假体的骨结合强度为（5.39依1.04）MPa。Christoph等28使用大鼠骨做了镁合金和钛合金假体的生物力学推出实验，发现钛合金植入物的剪切强度在12周时达到4.14 MPa。Xia等29的研究结果表明，钛合金假体-骨界面的剪切强度为（5.9依0.4）MPa。本研究中，未整合区域在边缘发生应力集中，界面应力最大值（见表4）与文献26-29的参考值较为相近，在合理范围内。同时有研究表明，髋关节假体植入后界面内侧受压、外侧受拉30，本研究内外侧变形情况与其相同，具有一定的可信度。本研究建立的模型具有合理性：本研究定性和定量地表示了假体植入后的应力屏蔽、界面应力与变形规律，与前人研究21-29相符。但也具有一定局限性：现实情况下，真实股骨两端为松质骨、股骨体部分为主要皮质骨，但是由于有限元模型建立的局限性，也为了简化模型，本研究将股骨视为均匀的、各向同性的线弹性材料，施加的力学环境为简化后的载荷。因此模拟仿真与真实情况存在一定差异，但也具有一定参考价值，故未来可将骨视为各向异性材料、施加更贴合现实条件的载荷，也可施加跳跃、蹲起等不同力学环境，使界面处于不同的整合状态，以便模拟真实情况下的假体-骨界面整合。4结语全髋关节置换术后骨小梁假体的整体性能优于实心钛合金假体，其中骨小梁假体对于股骨近端的应力屏蔽明显低于实心钛合金假体，并且在假体-骨界面未整合时骨小梁假体能够更好地降低界面应力。同时假体-骨界面未整合边缘易发生应力集中以及变形，引发进一步失效。因此，关注假体-骨界面整合将对全髋关节置换术后干预具有一定的指导意义。参考文献1CONFORTO E，ARONSSON B O，SALITO A，et al.Roughsurfaces of titanium and titanium alloys for implants and pro-sthesesJ.Mat Sci Eng C-Mater，2004，24（5）：611-618.2宋先东，朱敏.老年骨质疏松患者生物型与骨水泥型全髋关节置换术临床疗效对比分析J.医疗卫生装备，2012，33（3）：72-73.3HANAWA T.Titanium-tissue interface reaction and its con-trol with surface 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