全膝关节置换胫骨平台截骨后倾角对关节接触力的影响

目的 通过膝关节有限元模型模拟胫骨平台不同截骨后倾角(posterior tibial slope,PTS),计算全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)后聚乙烯衬垫、胫骨截骨面以及胫骨干处的应力分布,探索胫骨平台不同截骨后倾角对胫股关节接触力的影响.方法 根据1例膝骨关节炎患者的下肢CT及MRI图像,建立术前膝关节三维模型,而后进行模拟全膝关节置换,分别建立胫骨平台0°、3°、6°、9°截骨后倾的膝关节有限元模型.在Abaqus中进行仿真计算,选择静止站立进行加载,施加轴向载荷300 N.结果 随着胫骨平台截骨后倾角的增加,聚乙烯衬垫内外侧接触合力百分比没有明显变化,但各部位的应力峰值随之增加.聚乙烯衬垫内侧接触应力峰值从0°时的4.51 MPa增加到9°时的6.13 MPa;外侧接触应力峰值从3.57 MPa增加到6.02 MPa.胫骨截骨面处的接触应力峰值从0°时的0.84 MPa增加到9°时的1.09 MPa.胫骨干处的应力峰值从0°时的1.97 MPa增加至9°时的3.23 MPa.结论 胫骨平台截骨后倾角的增加会加大聚乙烯衬垫、胫骨截骨面、胫骨干处的应力峰值.应力峰值过大会增加假体磨损及松动的风险,使得术后关节疼痛或假体翻修的可能性加大.胫骨平台截骨后倾角直接影响到术后的膝关节功能,有待于开展大量的相关研究,综合探索截骨规律.     

活动平台单髁膝关节置换胫骨后倾的有限元分析

背景：目前单髁膝关节置换中胫骨假体后倾角度的选择存在较多争议,相关的生物力学研究较少。 目的：通过有限元分析结果寻求活动平台单髁膝关节置换中合理胫骨后倾的角度。 方法：运用三维重建技术及有限元前处理技术建立正常膝关节有限元模型,并进行验证,在此基础上建立不同胫骨假体后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,统一边界条件和载荷,行有限元分析。 结果与结论：成功建立了不同胫骨后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,分析结果发现增大胫骨假体后倾可使胫骨后内侧皮质及松质骨应力逐渐增加,且增大了外侧间室载荷和软骨接触应力,而胫骨前倾使胫骨前内侧皮质应力明显增加。推荐活动平台单髁膝关节置换中选择0°-7°胫骨假体后倾。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

全膝关节置换固定和旋转平台假体的有限元分析

背景:目前有研究对全膝关节置换进行三维有限元分析,但关于全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积的研究不多。目的:探讨全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积。方法:建立全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体的三维有限元模型,比较全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内外侧接触压和接触面积。结果与结论:全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体的聚乙烯衬垫内侧和外侧接触压峰值以屈膝0°时最小,全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内侧接触压峰值在屈膝0°-90°时均高于外侧接触压峰值(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体在屈膝60°-120°时聚乙烯衬垫内外侧接触压峰值均高于旋转平台内外侧接触压峰值(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体聚乙烯衬垫内侧和外侧接触面积以屈膝0°时最大。全膝关节置换固定平台假体聚乙烯衬垫内侧接触面积在屈膝0°-30°时均低于外侧接触面积(P<0.05),全膝关节置换固定平台假体聚乙烯衬垫内侧接触面积在屈膝0°-90°时均低于外侧接触面积(P<0.05)。全膝关节置换固定平台假体在屈膝30°-120°时聚乙烯衬垫内外侧接触面积均低于旋转平台内外侧接触面积(P<0.05)。表明全膝关节置换固定平台假体和旋转平台假体内外侧聚乙烯衬垫内侧接触压峰值高于外侧接触压峰值,内侧接触面积低于外侧接触面积,旋转平台假体的内外侧接触压低于固定平台假体,旋转平台假体的内外侧接触面积高于固定平台假体。     

不同骨密度对膝关节单髁置换后关节内各结构影响的三维有限元分析

背景：骨质疏松症是膝骨关节炎患者的常见合并症，不同骨密度对单髁置换的预后有何种影响是目前研究的热点。目的：通过有限元法研究不同骨密度对内侧固定平台单髁置换后关节内各结构应力大小及分布的影响，评估骨质疏松与并发症的相关性。方法：利用CT、MRI获取1名志愿者的下肢影像数据，通过Geomagic Studio、Ansys workbench、Mimics等软件构建正常骨质的膝关节有限元模型(T值≥-1.0)，通过改变材料参数建立骨质减少(-2.5 相似文献   

单髁置换术应用于骨关节炎合并前交叉韧带缺失的三维有限元研究

目的采用有限元方法比较前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)完整与缺失的骨关节炎患者单髁关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)术后膝关节生物力学特性,分析ACL缺失对膝关节单髁置换术后的运动和应力的影响。方法根据膝关节CT、MRI图像,建立有限元模型。采用逆向工程技术重建活动衬垫单髁假体,加载入该正常膝关节三维有限元模型。在不同屈膝角度(0°、30°、60°、90°、120°)加载载荷,观察在ACL完整(ACL-intact,ACLI)和缺失(ACL-deficiency,ACLD)情况下,膝关节的最大接触压和位移程度。结果 UKA-ACLI与UKA-ACLD模型在膝关节屈膝各角度,各部位(外侧股骨软骨、胫骨软骨、半月板、股骨假体、胫骨假体、衬垫)最大应力无明显差异,ACLD模型在膝关节屈膝0°和30°位前后位移明显大于ACLI模型,在膝关节屈膝0°位股骨相对内旋减小,在膝关节屈膝30°位股骨相对外旋增加。结论标准位置假体植入情况下,ACL缺失并不会导致UKA术后应力异常增大,会导致在膝关节伸直位时位移增加。     

人体膝关节动态有限元模型及其在TKR中的应用

目的 研究膝关节高屈曲活动下运动和应力等的动态特征。为膝关节生物摩擦学研究提供相对运动和应力分布等生物力学数据 方法 建立包括人体主要骨与软组织的全膝关节置换前后的膝关节的动态有限元模型,对天然及全膝置换后膝关节下蹲运动和接触应力分布进行分析,并与相应的尸体实验的结果进行验证分析。结果 通过有限元分析,获得高屈曲膝关节的三维相对运动参数,胫股关节和髌股关节的接触位置和应力等动态力学参数。有限元分析结果表明,分别在膝关节过伸和高屈曲时,在胫骨高分子聚乙烯平台的胫骨平台轮柱和平台前部的交界处、胫骨平台内后方和轮柱后部三个区域发生较高的接触应力。这些也正是假体发生较高磨损率的区域 结论 所建立的有限元模型能够对于膝关节下蹲动作的运动、接触等力学行为进行评估,为临床膝关节全膝置换术、膝关节假体的摩擦学研究及其膝关节假体设计提供有力的分析工具。     

UKA假体后倾角安装位置对衬垫磨损的影响

目的 研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响。 方法 联合 UKA 骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式 UKA 假体 5种后倾角安装位置情况对术后膝关节力和运动、衬垫接触应力、线性磨损深度和体积磨损量的影响。 结果 后倾角 0°时,衬垫的最大 von Mises 等效应力为 24. 84 MPa,接触应力为 47. 61 MPa,5百万次循环(million cycle, MC)周期的磨损量为 47. 29 mm3。 随着 UKA 胫骨假体后倾角的增加,步态周期内旋和后移运动均增大,摆动相的内侧关节力增大,5 MC 磨损周期后衬垫 von Mises 等效应力与接触应力显著减小,衬垫的磨损面积、最大线性磨损深度和体积磨损量随之减少。 相对于后倾角 0°,后倾角为 3°、5°、7°时衬垫的线性磨损深度分别减小了 17. 8% 、19. 2% 、20. 6% ;衬垫体积磨损量分别下降了 24. 5% 、30. 9% 、34. 3% 。 结论 UKA 假体考虑后倾角安装超过 3°时会显著增加步态周期内旋运动和后移运动,减小聚乙烯衬垫关节面的磨损。     

有限元分析全膝关节置换股骨假体置入定位参数及临床优化验证

文章快速阅读：  文题释义：全膝关节置换三维有限元仿真模型：是指对股骨假体截骨定位参数进行正交实验,选择股骨假体的平移量、外旋度数、外翻度数3个参数作为正交实验的相关因素,创建全膝关节置换膝关节的有限元模型。活动平台型膝关节假体：其聚乙烯衬垫与托盘不固定,之间能够自由滑动和旋转,可以减少聚乙烯磨损和假体松动的风险,现阶段临床应用比较多的是活动性膝关节假体,该假体能够扩大相应界面与聚乙烯衬垫的接触面积,减少接触应力。   背景：三维有限元仿真分析在生物力学中有着广泛应用,但在膝关节置换中的研究不多,对股骨假体的研究也比较少。目的：有限元分析膝关节置换股骨假体置入的优化定位参数,并对Gemini-PS膝关节假体全膝关节置换进行临床验证。方法：①构建全膝关节置换膝关节有限元模型,对股骨假体截骨定位参数进行正交实验,选择股骨假体的平移量A、外旋度数B、外翻度数C 3个参数作为正交实验的相关因素,每个参数取3个值建立正交表,创建9个实验组合的全膝关节置换膝关节的有限元模型,对9个模型进行有限元分析,通过优化处理进行方差和极差分析。②纳入42例(47膝)中老年膝骨关节炎患者,采用Gemini-PS 膝关节假体进行全膝关节置换,采用美国特种外科医院膝关节评分及美国膝关节协会评分评价置换前后膝关节功能,以疼痛目测类比评分评估置换前后膝关节疼痛程度。结果与结论：①聚乙烯衬底表面压应力峰值最小的为平移0 mm,外旋3°,外翻6°组合,压应力峰值为15.9 MPa;聚乙烯衬垫表面压应力的影响因素中,内外平移的影响大于外旋角度的影响大于外翻角度的影响;通过极差分析和方差分析发现股骨假体置入的最佳定位参数组合为平移0 mm,外旋3°,外翻6°;通过仿真计算证明正交实验是有效的;②42例患者均得到随访,随访时间12-36个月,1例发生术口下段皮下脂肪液化;置换后末次随访患膝美国特种外科医院膝关节评分及美国膝关节协会评分均较置换前显著提高(P < 0.05);置换后疼痛目测类比评分较置换前显著降低(P < 0.05)。X射线检查未发现骨溶解、假体脱位及松动等并发症,置换后膝关节功能恢复良好;③结果提示,股骨假体置入位置的微小变化都会引起聚乙烯衬垫表面压应力峰值的异常分布,全膝关节置换术中对股骨假体进行准确定位可以取得良好的置换效果。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程 ORCID:0000-0002-3861-0467(徐高伟)     

膝关节活动单髁假体衬垫形状及安装位置对置换后膝关节应力分布影响的有限元分析EI北大核心CSCD

在单髁置换手术中,市面上可供选择的单髁假体种类较多,常见的衬垫与股骨假体接触面一致性与否,会对置换后的膝关节应力分布产生不同的影响。单髁置换术后胫骨平台内侧断裂以及衬垫脱位是常见的两种失效形式,原因之一是单髁假体在膝关节中的安装位置不匹配,可能导致失效。故本文主要研究衬垫与股骨假体接触面的形状及单髁假体的安装位置对置换后膝关节应力分布的影响。首先,本文建立了正常人体膝关节有限元模型,通过应力和变形两种方式验证了该模型的有效性。其次,建立了两种不同形状衬垫膝关节假体模型(A型和B型),模拟分析在单腿站立情况下,两种衬垫5种内外翻安装位置的膝关节应力分布情况。结果表明,在1 kN轴向载荷下,衬垫峰值接触压力、前交叉韧带峰值等效应力、外侧半月板峰值接触压力,这3种参数A型均比B型小,5种内外翻安装位置下A型在内翻3°时衬垫变形、衬垫峰值接触压力、胫骨峰值等效应力、前交叉韧带峰值等效应力均最小。单髁置换时,建议假体内翻6°以内,选择A型或B型衬垫,需结合患者的其他因素综合分析选择。综上所述,本文研究结果或可降低单髁置换后衬垫脱位、胫骨内侧平台断裂的风险,以期为单髁假体设计提供生物力学参考。     

单髁置换过程中胫骨假体立柱长度对膝关节生物力学的影响

背景：膝关节单髁置换手术能有效治疗膝关节单侧严重骨关节炎，临床上发现单髁置换后容易发生胫骨后侧骨皮质断裂，断裂始于胫骨截骨的龙骨槽处，胫骨假体立柱长度影响单髁置换后膝关节的生物力学结果。目的：探讨单髁置换中胫骨假体立柱长度对膝关节生物力学的影响，找出假体立柱长度与患者胫骨前后径的关系。方法：选取37岁无膝关节疾病史健康女性志愿者的计算机断层扫描图像数据和常用单髁假体，建立自然膝关节模型并建立单髁假体模型。建立8种不同长度的胫骨假体立柱，最小长度为31 mm，最大长度为34.5 mm，以0.5 mm递进，与医院常使用假体立柱长度33.2 mm进行对比。股骨组件和胫骨组件的材料是钴铬钼合金，胫骨衬垫材料是超高分子量聚乙烯。使用有限元分析软件在股骨上方加载1 000 N观察膝关节的生物力学变化。结果与结论：(1)胫骨假体立柱长度为33 mm时胫骨应力最小，前交叉韧带应力最小，外侧半月板应力最小，股骨假体应力最小；余下各部件应力都较小；(2)受试者本身胫骨内侧平台前后径长度为53 mm，通过计算比例，胫骨假体立柱长度占胫骨前后径最佳比应为62%左右，如果低于此值可能会发生假体无菌性松动，如果高...     

腓骨高位截骨术对胫骨平台的生物力学分析

目的:采用三维有限元方法分析腓骨高位截骨对胫骨平台造成的生物力学改变,为腓骨高位截骨在伴有内翻畸形 的膝关节炎中的应用提供生物力学数据参考。方法:根据一例健康志愿者的CT数据,采用Mimics、Geomagic Studio2013 以及Abaqus6.13软件建立个体化的膝关节有限元模型,通过对模型设定边界条件、加载材料属性、载荷设置以及模拟腓骨 高位截骨术,计算腓骨高位截骨术前后胫骨平台的不同截面上任意节点的应力大小。结果:经手术去除腓骨的支撑后,内 侧胫骨平台的应力值变化情况不一致,内部的应力降低,中部的不变,外部的增大。而外侧胫骨平台的应力值均增加,且 其内部的应力值最大。整个胫骨平台上应力呈现往中间集中的态势。结论:腓骨高位截骨术有助于减小胫骨平台内侧的 应力,从而达到缓解膝关节炎病人的疼痛及活动不便的症状。由于术后应力的重新分布,故该术式的长期疗效及适应症 等仍需观察。     

Finite element analysis of the influence of the posterior tibial slope on mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty

BackgroundThe most common modes of failure reported in unicompartmental knee arthroplasty (UKA) in its first two decades were wear on the polyethylene (PE) insert, component loosening, and progressive osteoarthritis in the other compartment. The rates of implant failure due to poor component positioning in patients who have undergone UKA have been reported. However, the effect of the posterior tibial slope on the biomechanical behavior of mobile-bearing Oxford medial UKA remains unknown.MethodsWe applied finite element (FE) analysis to evaluate the effects of the posterior tibial slope in mobile-bearing UKA on the contact stresses in the superior and inferior surfaces of PE inserts and articular cartilage as well as the forces exerted on the anterior cruciate ligament (ACL). Seven FE models for posterior tibial slopes of −1°, 1°, 3°, 5°, 7°, 9°, and 11° were developed and analyzed under normal-level walking conditions based on this approach.ResultsThe maximum contact stresses on both the superior and inferior surfaces of the PE insert decreased as the posterior tibial slope increased. However, the maximum contact stress on the lateral articular cartilage and the force exerted on the ACL increased as the posterior tibial slope increased.ConclusionsIncreasing the tibial slope led to a reduction in the contact stress on the PE insert. However, a high contact stress on the other compartment and increased ACL force can cause progressive osteoarthritis in the other compartment and failure of the ACL.     

Effects of the material properties of a focal knee articular prosthetic on the human knee joint using computational simulation

BackgroundLocalized cartilage defects are related to joint pain and reduced function to the development of osteoarthritis. The mechanical properties of the implant for treatment do influence its longevity. Therefore, we aimed to evaluate the effect of material properties' variations of anatomically shaped focal knee implants in the knee joint using numerical finite element analysis.MethodsComputational simulations were performed for different cases including an intact knee, a knee with a focal cartilage defect, and a knee fitted with a focal articular prosthetic having three distinct mechanical properties: cobalt–chromium, pyrolytic carbon, and polyethylene. Femoral cartilage, tibial cartilage, and menisci contact pressures were evaluated under the load. In addition, bone stress was evaluated to investigate the stress shielding effect.ResultsCompared with the intact model, the contact stress of the focal implant model was increased; on the femoral lateral cartilage by 14%, on medial and lateral tibial cartilages by nine percent and 10%, on medial and lateral menisci by 23% and 20%. In contrast, the focal implant model had no effect on the menisci but contact stress on the tibial cartilage increased compared with the intact model. The BioPoly model showed the lowest contact stress on femoral and tibial cartilages. Additionally, the cobalt–chromium model showed the lowest bone stress that improved the load-sharing effect.ConclusionsThe results suggested that implant material properties are an important parameter in the design of a focal implant. The polyethylene model potentially restored the intact knee contact mechanics and it reduced the risk of physiological damage to the articular cartilage.     

步态周期下半月板损伤对膝关节生物力学性能的影响

文题释义：半月板撕裂：膝关节内半月型纤维软骨破裂,撕裂原因主要是由于膝半屈或全屈位下的扭转力所造成。半月板分为内侧半月板和外侧半月板,内侧半月板较大且固定,外侧半月板较小,实验主要研究外侧半月板撕裂对力学机制的影响。 动态有限元分析：将人体正常完整步态周期作为边界条件施加在膝关节半月板模型中,观察在完整步态周期下半月板以及胫骨软骨的应力变化趋势及所受应力值大小。 背景：目前国内外对膝关节半月板的生物力学分析十分广泛,但大多集中于对膝关节屈曲运动状态下的研究,针对完整步态周期下膝关节半月板生物力学的有限元分析还不完善。 目的：通过对比外侧半月板撕裂模型与健康半月板模型,了解完整步态周期下半月板损伤后的生物力学变化机制。 方法：以健康成年人膝关节CT扫描数据为基础,建立包括胫-股骨、半月板、关节软骨在内的健康膝关节有限元模型,并在健康模型基础上进一步构建膝关节外侧半月板撕裂模型,探究在完整步态周期下膝关节外侧半月板撕裂的生物力学机制,并与健康膝模型进行对比。 结果与结论：①两种模型完整步态周期内的胫骨软骨瞬时应力变化趋势一致,但半月板撕裂模型中胫骨软骨在每一个瞬时受到的应力值均大于健康半月板模型,半月板撕裂模型与健康模型中胫骨软骨所受最大应力值分别为30,20.5 MPa;②两种模型完整步态周期内的半月板瞬时应力变化趋势是一致的,但撕裂模型中完整步态周期内半月板受到的应力均大于健康模型,半月板撕裂模型与健康模型中半月板所受最大应力值分别为69.8,41.3 MPa;③在步态周期的前60%,半月板撕裂模型中的胫骨软骨最大应力分布远大于健康模型,且随着步态周期的增长,接触范围逐渐向软骨外部边缘蔓延;在步态周期的60%以后,作用在胫骨软骨上的应力较小,最大应力的分布范围也比较小;④两种模型中健康内侧半月板应力分布基本一致,而撕裂的外侧半月板最大应力分布范围较健康内侧半月板广,在裂纹周围出现了较严重应力集中现象,且随着步态周期的进行,应力集中区域逐渐向裂纹靠近半月板前角处偏移;⑤结果表明半月板是人体膝关节中重要的承重部件,从生物力学角度可以较为直观地观察到半月板损伤对人体膝关节的危害。 ORCID: 0000-0002-2155-0058(吴铮) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

轻度与重度骨关节炎膝关节的生物力学行为比较

目的 对比研究轻度与重度膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)膝关节的生物力学行为，阐述KOA进展的生物力学机制。方法 分别构建同一患者左侧轻度KOA(KL分级Ⅰ级)与右侧重度KOA(KL分级Ⅳ级)膝关节有限元模型。在材料属性、边界条件、载荷等设定相同的情况下进行有限元分析，比较轻度与重度KOA膝关节半月板、股骨软骨、胫骨软骨的接触面积、接触压及von Mises应力的变化特征。结果 重度KOA膝关节总接触面积和外侧室接触面积大于轻度KOA膝关节，而内侧间室接触面积小于轻度KOA膝关节。重度KOA膝关节半月板、股骨软骨和胫骨软骨上的接触压及von Mises应力峰值均大于轻度KOA膝关节；双膝关节外侧半月板上接触压及von Mises应力峰值均大于内侧半月板，双膝关节股骨软骨与胫骨软骨内侧间室接触压及von Mises应力峰值均大于外侧间室。结论 重度KOA膝关节应力分布不同于轻度KOA,接触面积、接触压和von Mises应力峰值的变化与半月板脱位、软骨缺损等因素相关，生物力学行为和解剖结构的改变促进了KOA进展。     

基于CT和MRI膝关节有限元模型建立与不同载荷下生物力学特性分析

基于CT和MRI图像数据建立膝关节有限元模型,采用六面体网格对不同载荷系统下人体膝关节生物力学特性进行研究,并进行有效性验证。建立膝关节有限元模型包括:股骨、胫骨、髌骨、腓骨、股骨软骨、胫骨软骨、腓骨软骨、半月板、前后交叉韧带、内外侧副韧带、髌韧带和股四头肌腱等。对膝关节施加1 kN轴向压缩载荷、134 N后向抽屉力和5、10、15 N[?m内翻力矩和外翻力矩,分析膝关节内软骨和半月板的接触应力和接触面积,股骨内外翻倾角以及位移变化情况。在1 kN压缩载荷和134 N抽屉力作用下,股骨软骨、内外侧半月板和内外侧胫骨软骨的接触应力峰值分别为4.47、3.25、2.83、2.70、2.53 MPa,Von Mises应力峰值分别为2.22、2.44、2.25、2.07、1.64 MPa。股骨相对胫骨前向位移为4.19 mm。施加5、10、15 N[?m内翻和外翻力矩时,股骨内翻和外翻倾角分别为3.49°、4.48°、4.91°和3.22°、3.62°、4.01°。随着力矩的线性增大,膝关节各组成部分的应力呈非线性变化趋势。膝关节软骨、半月板和韧带的研究结果符合其生物力学特性,与前人数值分析和实验研究结果相一致,可为临床膝关节生理病理分析和治疗提供一定的理论依据。     

电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯的三维有限元分析

针对电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯运动生物力学特性改变进行有限元仿真研究,对比分析膝关节生物力学行为改变与电针治疗疗效的相关性。基于CT和MRI图像数据,结合Mimics和Geomagic医学图像处理软件,建立人体膝关节下楼梯屈曲15°和上楼梯屈曲50°时的三维有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨结构等。通过临床力学实验,测取电针治疗前后膝关节所受支反力、力矩,并施加于所建立的有限元模型,对比分析治疗前后半月板及关节软骨的应力分布情况。膝骨性关节炎在电针治疗后,内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨的应力均得到不同程度的恢复,与治疗前相比,下楼梯屈曲15°时最大应力值分别减小0.543、0.236、0.194、0.239和0.327 MPa,上楼梯屈曲50°时分别减少0.253、0.31、0.227、0.112和0.122 MPa,软骨的应力峰值趋向于正常值,应力分布范围也更接近于正常膝关节,且关节内侧软骨及半月板比外侧受到的负荷大,软骨应力比更接近于正常值,这与临床上内侧型膝骨性关节炎患者多于外侧型患者的现象相符合,从而证明电针治疗可影响膝关节中力的传递,使病变膝关节的应力吸收能力得到改善和提高。电针治疗膝骨性关节炎能有效改善关节软骨的压应力,使关节内力平衡得到恢复,延缓关节软骨退变,促进关节软骨的修复;电针治疗下膝关节生物力学特性的研究,可为膝关节临床治疗和评价提供理论依据。     

利用有限元分析技术探讨后踝骨折的治疗方案

目的通过踝关节三维有限元模型,研究静止站立位后踝骨折后胫距关节面的应力变化及位移趋势,为后踝骨折的治疗提供理论依据。方法以一套正常人体站立位踝关节CT图像为原始数据,应用有限元建模技术,建立带有关节软骨的踝关节三维有限元模型,对模型的有效性进行验证。通过对后踝关节面进行分区、切割,模拟计算后踝不同骨折范围条件下施加正常应力时的关节软骨接触面积、最大接触应力、平均接触应力、最大位移等参数。结果随着骨折范围的增加,胫骨软骨接触面积呈逐渐减小趋势,胫骨软骨的平均接触应力值逐渐增大,胫骨相对位移增加。胫距关节的应力区主要集中在踝穴的外侧及前外侧,当后踝骨折面积超过1／3时,关节负重区面积明显缩小,关节位移趋势增加。结论后踝骨折面积超过1／3时,关节接触面积明显减小,应力变化明显增加,关节位移趋势增加,预后不佳,具有手术复位固定的指征。