Page 228 - 《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 1013

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MC)仅略高于Bergmann步态的磨损率(12.8 mm /MC). 恶劣条件下的磨损测试进行了大量的研究 [90-91] ，这些
说明ISO 14242中规定的曲线较实际人体行走的曲线 研究为国际标准的制定奠定了基础. 新颁布的国际标
所造成的磨损更高，这也符合按最严格条件进行磨损 准(14242-4:2018《外科植入物全髋关节假体的磨损第
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测试的初衷. ISO标准曲线虽然对载荷进行了简化，但 4部分：边缘加载条件下的假体测试》 及ASTM F3047M-
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仍可以用于预测髋关节步态下的磨损，这一理论也被 2015《硬对硬关节面磨损测试的标准指南》 )把臼杯
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Leeds大学的Liu等 证实. 因此在磨损仿真计算时，可 安装位置、三体磨损、多倍体重及微分离等恶劣加载
以对步态情况下的动力学输入进行合理的简化以提 条件下的假体磨损纳入了考虑，和国际标准相比，我
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升计算效率. 此外，西安理工大学的张通等 采用Archard 国标准的建立存在一定的滞后性，对恶劣条件的考虑
磨损模型计算了不同球头直径对线性磨损率的影响， 还未有涉及，因此，加快我国标准跟进的速度，采用符
发现磨损深度随着球头直径的增大而增大，这也是国 合国人日常生活特点的运动参数，进而形成适合于中
内学者将预测模型应用在产品参数化分析的典型. 中 国人行为力学的标准是我国标准化工作的发展方向.
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北大学的廉超 和冯莉等 通过建立动力学仿真模型 此外，受限于国内模拟机的数量，大量的磨损研究需
研究了不同摩擦副假体在分离条件下的边缘接触机制. 要借助计算机模型进行预测评估，但国内发表的髋关
综上所述，磨损公式的合理性直接决定了磨损计 节磨损预测文章很少，也反映了国内计算机仿真研究

算结果的准确性，随着对材料性能的研究深入，Archard 的滞后. 同时现有的计算机仿真方法也需进一步优化.
公式也被不断地优化以适用于不同环境下的磨损预 目前髋关节生物力学和摩擦学研究相对独立，很难同
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测. 经过模拟机试验的验证，Gao等 的弹流润滑理论 时考虑患者和医生等多方面因素的影响，因此多尺度
公式能够很好地预测金对金摩擦副髋关节假体的磨 的全身有限元-骨肌系统性建模方法可能是今后磨损
损，Kang等 的考虑交变剪切和蠕变的公式更适合 预测研究的发展趋势，而对磨损模型的探索和优化工
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UHMWPE材料的髋关节磨损预测. 国内关于髋关节 作仍需持续进行.

磨损预测的研究较少，有限的结果显示仿真预测的磨 可以肯定的是，结合计算机仿真和模拟机试验两
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损值普遍低于体外测试的结果，但任旭辉 通过横向 种体外评估髋关节磨损方法的优势，通过有限的体外
对比体外试验的结果发现预测的磨损区域分布与测 磨损测试结果来验证磨损预测模型的可靠性和有效
试的磨损分布一致，并且预测计算的效率显著高于体 性，进而根据磨损仿真预测模型进行产品参数化设
外磨损测试的效率，数值仿真的方法体现出成本和时 计，利于提高设计效率，减少资源浪费.

间方面的优势，因此在保证计算机模型的准确性后
6 结论
（例如通过试验验证），磨损预测的方法是能够应用于
假体的参数化研究的. 人工髋关节的摩擦磨损机理研究是提升髋关节

假体的耐磨性能和延长假体使用寿命的基石，但是国
5 展望
内相关研究相较于国外还处于起步阶段，且存在一定
髋关节磨损研究在国内还处于起步阶段，但近年 差距. 本文作者通过汇总和分析国内外髋关节生物力
来随着国内外学术交流的大力开展，国内外学者联合 学曲线、国内髋关节磨损测试及数值模拟研究进展发现：
研究的模式促进了髋关节基础理论研究的快速发展， a. 国人与西方人在行走时的运动角差异不大，但
这为髋关节假体的设计、优化及临床使用提供了必要 由于测量方法的不同，国人测得的关节力普遍低于国
的理论支持. 随着生活节奏的加快，年轻患者数量增 外测得的关节力. 带有力学传感器的假体植入患者体
加，老龄化加剧，人们对髋关节假体的寿命提出了更 内的方法可用于直接测量关节力.
高的要求，而扎实的磨损理论基础是实现这一需求的 b. ISO 14 242-1标准已然成为国内大多数髋关节
有效手段. 体外磨损测试的操作指南和依据，相关测试的结果与
从目前国内髋关节磨损研究中不难发现，几乎所 国外结果相近. 然而国内采用其他测试条件进行磨损
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有的体外测试均执行ISO标准 ，然而ISO标准曲线与 测试时的结果要大于国外, 这反映出国内测试结果的
实际人体活动曲线还存在一定的差距，无法反映真实 准确度受测试标准及测试设备的影响较高. 另一方
的临床应用，如何获取更贴近实际的关节受力和运动 面，我国标准的建立和国际相比存在一定的滞后性，
曲线是未来的研究方向之一，另一方面，国外学者对 且ISO 14242-1标准曲线与实际临床应用间存在差距，