题目：全膝关节置换膝关节假体的磨损特性分析

全膝关节置换（total knee arthroplasty，TKA）后的聚乙烯衬垫磨损问题是全膝关节置换术寿命延长的主要障碍之一。本文应用有限元仿真模拟聚乙烯衬垫的磨损过程，获取假体磨损特性，具体内容如下：

首先，对TKA假体磨损的理论基础进行研究。分析了聚乙烯衬垫假体磨损的数学模型，对磨损模拟过程进行了规划设计。基于股骨假体和胫骨假体衬垫的三维实体模型，建立了TKA假体的有限元模型，实现了衬垫的磨损模拟。结果表明：在模拟假体磨损效果方面，A/A+B模型优于Archard模型，聚乙烯材料属性的非线性模型优于线性模型，位移施载模型相对于力施载模型更好一些。

其次，实现了TKA后含假体膝关节中聚乙烯衬垫表面的磨损模拟。结果表明：相对于位移模型，全膝模型中衬垫表面的磨损范围以及最大磨损深度增长率的稳定性较好，而磨损分布特性与膝内假体磨损特点的吻合度较差。由于全膝关节模型较为复杂，仿真计算时间较长，对该方法的实际应用带来一定的困难。

再次，分析了假体植入偏差对衬垫假体磨损特性的影响。构建了含假体植入偏差的全膝关节的实体及有限元模型，提取对假体接触表面力学特性影响较大的植入偏差。基于所提取出的假体内/外翻偏差，进行相应的假体衬垫磨损模拟实验。结果表明：内外翻角度模型的最大磨损深度均大于无内外翻角度的模型。角度越大，最大磨损深度数值越大。同时，通过不同胫骨后倾角度的胫股假体间磨损试验来分析后倾角度对磨损特性的影响。结果表明：0°、3°和6°胫骨后倾角模型中衬垫表面的磨损程度相对较小，而在9°和12°胫骨后倾角时，磨损明显增大。

最后，通过自行设计的后交叉韧带保留型（posterior crucitate retaining, PCR）TKA假体与后档稳定型（posterior stabiilzed，PS）假体的磨损仿真结果对比，PCR假体的磨损小于PS型假体，尽可能多地保留人体膝的组织元素能使TKA后膝更趋近于损伤前正常膝，这也是TKA术发展的趋势。

本文所得到的结果对于膝关节假体的设计优化，寿命延长，以及全膝关节置换手术参数的选择与评估有一定的指导意义。