髋关节假体三维造型设计+SolidWords三维建模(2)
1.1.1 人工关节置换的概念
人工关节置换就是采用植入关节假体对因疾病或创伤造成的关节破坏进行修复，
解除关节疼痛，畸形和功能障碍，重建一个功能接近正常的关节[1]
。目前，人工关节
置换术中，较多的是人工髋关节置换术，人体髋关节置换是指用生物相容性和机械性
能良好的金属材料制成的一种类似人体骨关节的假体，利用手术方法将人工关节置换
被疾病或损伤所破坏的关节面，其目的是切除病灶，清除疼痛，恢复关节的活动与原
有的功能。所谓生物相容性是指生物材料和人体组织接触后，在材料-组织界面发生
一系列相互作用后最终被人体组织所接受的性能，且材料对人体的正常生理功能无不
良影响、无毒、无排异反应等[2]
。人工关节置换具有关节活动较好，可早期下地活动，
减少病人长期卧床的并发症等优点。
1.1.2 分类
人工髋关节假体仿照人体髋关节的结构，假体柄部插入股骨髓腔内，利用头部与
关节臼或假体金属杯形成旋转，实现股骨的屈伸，外展内敛和外旋内旋等运动。髋关
节置换包括人工股骨头置换，全髋关节置换和髋关节表面置换。
（1）人工股骨头置换
人工股骨头置换也称半置换，主用用于高龄股骨胫骨折，优点是操作方便，手术
时间短，费用低，脱位后容易整复。缺点是适应症比较局限，一般认为，只有患者髋
臼没有病变而且耐受手术的能力较差时才考虑人工股骨头置换。
（2）全髋关节置换
20 世纪60 年代，随着 John Charnley 所研制的全髋关节的出现，使全髋关节
置换进入了现代时代。Charnley 使用带柄的不锈钢假体替代股骨头，与用高密度聚
乙烯制成的髋臼假体相配合，两部分假体均借聚甲基丙稀酸甲酯骨水泥牢固地固定于
骨床。在此以后假体设计、材料和固定方法一直在不断改进，但是 Charnley 的许多
基本概念一直沿用至今[3]
。
（3）髋关节表面置换
髋关节表面置换手术通过保留股骨头，胫骨块而恢复髋关节正常的生物力学特征
及关节稳定性，由于未破坏股骨髓腔结果而具有易翻修的潜力[4]
。这种置换需要谨慎地选择合适的患者，从其特点来看，保留股骨侧的骨量以及大直径假体能提供良好的
功能。年级较轻以及对关节活动度有要求的患者是首选。
1.1.3 国内外研究现状
目前，人工髋关节假体从设计到制造都很成熟。针对用户的适用范围而言，人工
髋关节实体造型主要有实体参数化设计的系列假体和定做式单个假体。针对如何准确
获取造型所需原始数据，又有基于 X光片的人工髋关节假体造型，基于 CT图像的造
型技术，同时利用 X光片和CT片进行三文造型，以及利用反求工程技术造型等等。
（1） 人工髋关节实体造型
人工髋关节实体造型参数化设计系统是采用某种编程环境和通用的几何造型开
发平台，运用面向对象技术建立起来的。该系统的设计思想是：利用反求工程技术和
三文几何建模方法，通过一张病人关节的 X光片，提取一系列关键点的坐标值，再运
用一定的算法，便可自动生成人髋关节的实体模。系统的结构流程为：X光片→位图
文件→关键点像素值→关键点坐标值→人工关节实体模型生成程序→人工关节实体
模型。
（2） 定制式单个假体
定做式人工髋关节 CAD／CAM 系统是定做式人工髋关节临床工程系统的核心技术