晚期髋关节炎最有效的治疗方法是全髋关节置换术，其主要目的是解除髋部疼痛、保持关节稳定、改善关节功能、调整双下肢长度。目前全髋关节置换术所使用的假体大多为金属假体，假体松动是影响其远期疗效的主要并发症之一。究其原因是传统金属假体弹性模量远远超过骨的弹性模量(钴铬钼合金为220GPa，钛合金为110GPa，而骨皮质仅为18GPa。)。因为金属材料的模量是骨组织的十几倍甚至几十倍，它们的组合，显然力学性能无法相容，不能创造一个较好的、接近生理状态的受力环境，由此产生应力遮挡、引起骨吸收、骨萎缩，乃至假体松动等一系列并发症，且为今后的重建带来困难。本课题以低弹性模量而高强度的碳纤维增强聚醚醚酮(CF／PEEK)为出发点，探讨复合材料在全髋股骨头假体中的应用前景，旨在寻找一种能与股骨紧密结合、增加股骨近端应力传递的新型假体，期望进一步提高全髋关节置换术的远期疗效。 由于碳纤维增强聚醚醚酮具有弹性模量可调性，应用三维有限元分析设计技术，确定碳纤维与聚醚醚酮组合比例、碳纤维增强取向和铺层；研制出力学性能优于钴铬钼合金，弹性模量较低的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，并根据仿AML型钴铬铝合金股骨头假体的几何尺寸制造实验假体(该假体具有内外两层结构，内层采用长碳纤维增强聚醚醚酮复合材料，外层采用短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料)。然后，在试验机上加载1000N，模拟人体步行单肢站立状态，对正常股骨进行应力、应变测量，再对钴铬钼合金假体和碳纤维增强聚醚醚酮假体分别行全髋关节置换术，模拟生物学固定，应用一系列生物力学(应变测量分析技术)测试方法，测量两种不同材料股骨头假体置换后的股骨近端和假体表面应力、应变分布规律及应力遮挡的大小；同时测量假体在髓腔内的微动量；最后进行抗扭转和破坏试验，测量假体在髓腔内的扭力距与扭角的大小以及它们的界面应力分布规律；并用SPSS10.0进行统计学分析。 结果显示：CFIPEEK全靛股骨头假体的研制与生物力学实验研究中文摘要1、两种不同材料假体置换后，CFIPEEK组的股骨表面应力比较高，在股骨近端内外 侧产生的应力、应变始终大于钻铬铝合金组，统计学呈显著性差异(P<0.01);与 正常股骨产生的应变比较接近，且更接近生理状态下的股骨应力分布(P>0 .01); 说明股骨承担了大部分假体传递的应力，假体的应力遮挡比较小，使骨组织的应力、 应变环境得到充分改善。应力遮挡实验表明原始股骨的应力分布比较均匀，一般比 置换后的股骨应力高，一旦假体置换其应力环境发生改变，CF/PEEK复合材料假体 应力遮挡达25%，钻铬铝合金应力遮挡38%。两者相差达34%，具有显著性差异 (P<0.01)。根据应力遮挡率计算公式，CE甲EEK复合材料假体置换后其应力遮挡 率为25.14%，而钻铬铝合金假体置换后的应力遮挡为38.12%;两者相差达34%。 统计学显示差异有显著性(P<0.01)。2、微动分析显示人工股骨头近端的微动量高于远端，铬铝合金组小，两者平均相差42%;远端的微动量都比较小，组的近端的微动比钻但两者之间有显著性 差异(P<0.01)。3、股骨与假体界面之间的剪切应力和应变实验表明，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料 组明显低于钻铬铝合金组。在柄外侧的剪切应变，前者比后者低26%，内侧低8%， 两者具有显著性差异(P<0.01);界面剪切应力无论是假体柄的内侧还是外侧， CF/PEEK复合材料假体组小于钻铬钥合金组，两者相差70%，差异有显著性 (P<0 .01)。4、抗扭转刚度、扭转角以及抗扭强度实验表明两种不同材料股骨头假体之间的差异 有显著性(P<0.01)。在定量、相同扭矩下(10N*M)，CF/PEEK复合材料组的扭转角 比钻铬铝合金组小38%，差异有显著性(P<0.01)，前者的抗扭刚度比后者大39% 以上。从界面破坏情况来看，复合材料组因扭转角小和抗扭转刚度大对骨界面损伤 较小;反之，钻铬钥组对界面损伤大。5、极限破坏试验表明:钻铬铝合金假体虽然绝对强度高于CF/PEEK复合材料假体， 但是后者的比重小，弹性模量(即刚度)低。因此其比强度、比刚度仍然比钻铬铝合 金强得多。 上述研究结果表明CF/PEEK复合材料股骨头假体与骨组织之间有良好的力学相CF/PEEK全艘股骨头假体的研制与生物力学实验研究中文摘要容性，能承受人体髓关节复杂的载荷、增加股骨近端的应力传递和降低应力遮挡、应力集中，从而能减少骨吸收、骨萎缩、假体疲劳断裂等并发症。为骨组织与假体的稳定结合、促进生物学固定，创造了良好的生物力学环境。