Page 224 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 杨抒, 等: 国内全髋关节置换磨损测试及数值模拟研究进展 1009

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等同采用ISO 14242系列标准，但国内标准在更新时 节面的摩擦系数及表面硬度. 春立医疗 进行了CoCrMo
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间上与国际标准存在一定的滞后性 ，如YY/T 0651. 对含维他命E的超高分子量聚乙烯(VEXLPE)材料配
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3-2020 预计2022年才正式实施，因此国内发表的绝 副假体的磨损测试. 西安交通大学任旭辉 [19] 及春立医
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大多数磨损测试是依据现行ISO标准进行的. ISO 疗 对陶瓷材料的磨损进行了测试和研究. 中南大学
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14242-1《外科植入物全髋关节假体的磨损第1部分：磨 Chen等 [33, 53] 和南京医科大学第一附属医院Liu等 对
损试验机的载荷和位移参数及相关的试验环境条件》 金对金摩擦副的假体进行了磨损测试并分别研究了
及ISO 14242-3《外科植入物全髋关节假体的磨损第 材料碳含量、径向间隙和臼杯变形对磨损率的影响.
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3部分：轨道轴承型磨损试验机的载荷和位移参数及 除Chen 、Liu 与黄传辉 的研究外，其余研究均采
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相关的试验环境条件》对髋关节测试的加载、频率、时 用28或36 mm外径的球头作为测试样品，这两个规格
间、样品的配置和测试环境进行了规定，但是因其缺 也是目前市场上常用的规格. 此外从表2中汇总的数
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少对设备及润滑条件的明确要求，导致了各测试机构 据可以看出，上海大学华子恺等 及中国矿业大学黄
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间存在由于国际标准规定外的差别而引起的测试结 传辉 通过自制的模拟机在相同试验条件下研究了
果间的差异. ISO 14242-2《外科植入物全髋关节假体 不同润滑介质对磨损率的影响.
的磨损第2部分：测量方法》规定了利用质量法或体积 通过对比国内外的测试结果可以发现 [8, 18, 54-57] ，国
法评估标准磨损测试后髋臼组件的磨损，其中体积法 内依据ISO 14 242-1标准进行的磨损测试结果与国外
的优势在于不会受到夹具和样品吸水的影响，而缺点 测试结果基本相当，而采用其他运动(ISO 14 242-3)和
在于测量需要进一步的程序处理，测试方法复杂. 西 力学输入条件的测试结果普遍要大于国外测试的结
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安交通大学的彭希锋等 率先在国内应用三坐标测 果，国内基于ISO 14 242-3标准的磨损测试采用的都是
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量体积法评估假体的磨损率. 任旭辉等 用两种磨损 国产自制模拟机，自制模拟机的可靠性可能是造成国
测量的方式进行了相互验证，将称重法的测量结果转 内外磨损结果差异的原因，这有待进一步的试验验证.

化为体积磨损率并与三坐标法测得的磨损率进行对 通过横向对比国内不同测试机构间的结果，发现即使
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比 ， 结 果 分 别 为 17.3±1.9 mm /MC(称 重 法 )和 16.9± 采用相同条件的假体，结果间仍存在一定的差异，这
3
1.4 mm /MC(三坐标法)，研究发现两种方法测出的磨 也佐证了测试设备和操作方法对测试结果有一定的
损量一致性较好. 从根本上说这两种方法没有优劣之 影响，另外影响髋关节体外磨损测试的因素还有很
分，无论是称重法还是体积法，测量精度取决于操作 多，比如假体的规格及摩擦副材料等，通过对比表1中
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者的熟练程度、机器精度及后处理程序 . 一般考虑 的数据，可以直观得到的参数与磨损率大小之间的关
到时间和成本等因素，磨损评估只需选择其中一种方 系有：对于金对聚乙烯、陶瓷对聚乙烯及陶瓷对陶瓷
法即可. 本节汇总了国内各机构进行髋关节体外磨损 摩擦副来说，大规格球头的磨损率要大于小规格球
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测试的结果，并对其进行了分析. 头，这与Leeds大学的研究相当 ；在相同样品测试条
表1从假体的摩擦副材料、规格、试验依据的标 件和测试标准的情况下，可得到CoCrMo对UHMWPE
准、使用模拟机的品牌型号及使用的润滑介质等几个 的磨损率最大，CoCrMo对高交联超高分子量聚乙烯
方面对国内不同机构的磨损测试结果进行了比对. 从 (HXLPE)次之，接着是陶瓷对UHMWPE，CoCrMo对
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1表中可以看出：西安交通大学(XJTU) 任旭辉 和彭 VEXLPE，CoCrMo对CoCrMo，磨损率最小的是陶瓷
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希锋等 、上海大学(SHU) 华子恺等 、中国矿业大 对陶瓷配副. 这样的大小排列规律也基本符合临床应
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学(CUMT)刘洪涛等 、南京医科大学(NJMU)范卫民 用的结果，临床研究表明全金属或陶瓷组合假体的磨
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等 、江南大学Chen等 、西南交通大学(SWJTU) 刘 损率要优于金属-UHMWPE组合关节的磨损率 [59-60] .
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恒君等 及春立医疗 对钴铬钼(CoCrMo)和超高分 另外因氧化会降低超高分子量聚乙烯材料的机械性
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子量聚乙烯(UHMWPE)配副的假体进行了磨损测试， 能，基于UHMWPE表面改性技术如射线辐射交联和
其中西安交通大学彭希锋等 对比了国外与国内厂 维他命E扩散等技术已成功应用于临床，改性后UHMWPE
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商生产的假体磨损率，发现两者无显著差异. 西南交 的磨损率明显低于普通UHMWPE ，国内测试结果
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通大学刘恒君等 研究了表面改性对UHMWPE磨损 发现储存时间长的聚乙烯假体磨损率要大于储存时
率的影响，发现类金刚石(DLC)及注氮改性反而会加 间短的，这符合氧化作用对聚乙烯磨损性能的影响.
剧UHMWPE的磨损，主要原因为表面改性增加了关 另外国内测试结果表明含碳量低的CoCrMo假体磨损