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     

单髁膝关节置换胫骨元件不同固定柱形状的有限元分析

目的针对单髁膝关节置换后胫骨前内侧疼痛、胫骨元件松动以及对侧关节炎恶化的问题,通过有限元方法比较分析胫骨元件固定柱的不同几何形状对胫骨应力分布的影响。方法建立有效的单髁膝关节置换有限元模型,对胫骨元件固定柱的形状进行设计。在相同的加载条件下,分别对双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨元件进行有限元分析,并与完整膝关节模型进行对比,评估胫骨元件固定柱不同形状设计对胫骨前内侧皮质骨应力、胫骨截骨面松质骨应力、胫骨对侧软骨应力的影响。结果单髁置换后胫骨前内侧皮质骨应力峰值均增大。与完整膝关节相比,在双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨元件固定柱的模型中,胫骨前内侧皮质骨应力峰值分别增加56.1%、55.9%、54.5%和68.4%。单脊形和双脊形胫骨元件松质骨截骨面应力峰值比完整胫骨分别减小8.1%和15.6%,而双柱形和十字星形则分别增大67.9%和121.5%,超过松质骨的疲劳屈服应力。双柱形、单脊形、双脊形和十字星形胫骨固定柱对应的胫骨对侧软骨应力峰值相比于完整胫骨分别减小42.1%、26.6%、24.2%和28.5%。结论单髁膝关节置换改变了胫骨内外侧的载荷分布,使置换侧承受更大的载荷。单脊形和双脊形胫骨元件在降低胫骨前内侧皮质骨和截骨面松质骨应力方面效果更好,其中单脊形胫骨元件更接近完整膝关节胫骨的应力分布。研究结果可为设计更符合膝关节力学性能的单髁膝关节假体提供理论依据。     

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   

膝关节单髁置换三维参数化建模

背景：用于外科训练和演练的单髁假体模型因尺寸和特征固定而无法满足个体患者的实际需求。 目的：为膝关节单髁置换的数字化研究提供一种三维参数化建模方法。 方法：运用三维重建技术建立膝关节炎三维模型,然后通过参数化软件Pro/Engineer 5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,最后模拟膝关节单髁置换并进行三维有限元分析。 结果与结论：三维参数化建模法效率高,实现了膝关节单髁假体设计的自动化和高效化,所建模型形态逼真,精确度高。三维参数化建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了模型基础和新的实验思路。     

膝关节单髁置换界面应力失效分析

目的 分析骨水泥型胫骨假体平台界面应力,确定界面应力损伤区域,为临床单髁置换胫骨平台的应力失效问题提供参考。方法 通过人体动力学软件模拟完整周期的步态,获得膝关节的承力条件;利用医学影像及三维重建软件建立完整的膝关节模型并进行单髁置换;通过有限元法分析单髁置换后胫骨假体平台界面应力的分布规律。结果 步态下膝关节的力和角度随时间呈周期性变化,1.3 s为1个周期,膝关节合力峰值为760 N;界面最大剪切应力为11.82 MPa、最大拉应力6.849 MPa,均发生在假体-骨水泥界面的内侧前端拐角处;对于界面的最大应力,钛合金假体低于不锈钢假体。结论 假体的弹性模量减小可以降低界面最大主应力,从界面应力考虑,钛合金假体优于不锈钢假体;胫骨假体平台界面损伤区域主要在内侧前、后端拐角和外侧中端处,故提高该区域假体-骨水泥结合能力能防止单髁膝关节胫骨假体平台松动。研究结果对临床中单髁术后胫骨假体平台松动预防具有实际意义。     

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...     

膝关节单髁置换三维参数化建模的研究

基于CT数据,运用三维重建技术建立膝关节炎三维模型,通过参数化软件Pro/Engineer 5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,然后模拟膝关节单髁置换术(UKA)并进行三维有限元分析。结果表明:三维参数化建模法效率高,实现了膝关节单髁假体设计的自动化和高效化,所建模型形态逼真,精确度高。三维参数化建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了模型基础和新的实验思路,在膝关节外科的临床和科研中将有广泛的应用前景。     

单髁置换与全膝置换:假体接触表面的应力分析

背景:单髁置换相比全膝置换具有微创优势,但相对于全膝置换金标准,单髁置换生存率仍存争议。目的:参数化建立人工单髁置换与全膝置换三维有限元模型,对比分析两者假体接触表面的应力变化。方法:选择1例单侧行人工单髁置换、对侧行人工全膝置换的志愿者,置换前采用3D CT扫描膝关节,通过三维软件建立膝关节模型,然后通过参数化软件设计与膝关节模型相匹配的关节假体,建立膝关节单髁置换与全膝置换三维模型,最后通过有限元分析软件模拟膝关节在站立和水平行走情况下,膝关节屈曲度分别为0°,10°,30°,60°时内髁的最大等效应力,并进行比较分析。结果与结论:在模拟站立位时,单髁置换假体与全膝置换假体0°,10°时最大等效应力差异无显著性意义(P0.05),模拟30°,60°时单髁置换假体最大等效应力分别高于全膝置换假体15.01%,6.08%,差异有显著性意义(P0.05)。模拟水平行走时,模拟0°,10°,30°,60°时单髁置换假体最大等效应力分别高于全膝置换假体5.45%,6.65%,6.67%,9.01%,差异有显著性意义(P0.05)。提示单髁置换假体与全膝置换假体水平位元件对聚乙烯垫片磨损无实际意义,但在水平运动时,单髁置换假体聚乙烯垫片磨损可能高于全膝置换假体,可为临床进一步提供指导意义。     

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。     

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。