单髁膝关节置换术中假体关节线安装高度误差对衬垫磨损的影响

单髁膝关节置换术（UKA）中的假体安装位置精度是影响术后膝关节临床功能和失效问题的重要因素。然而,UKA假体关节线安装高度误差对胫骨衬垫磨损寿命的影响依然不清楚。本文联合UKA骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,研究了固定式UKA假体7种关节线高度情况对术后衬垫接触力学、累计滑移距离、线性磨损深度和磨损体积的影响。随着UKA关节线高度的升高,膝关节内侧接触力和前后平移运动增大,衬垫的最大范式等效应力与接触应力逐渐增大,衬垫的累计滑移距离增大,最大线性磨损深度与体积磨损量也随之增加,衬垫的磨损部位由衬垫中部区域逐渐向后部偏移。相对于0 mm关节线高度,–2 mm关节线高度时最大线性磨损深度与体积磨损量分别减小了7.9%、6.8%,–6 mm关节线高度时分别减小了23.7%、20.6%,+2 mm关节线高度时最大线性磨损深度与体积磨损量分别增加了10.7%、5.9%,+6 mm关节线高度时分别增加了24.1%、35.7%。UKA假体关节线安装误差会显著影响聚乙烯衬垫关节面的磨损寿命。因此,保守建议临床医生术中UKA关节线高度误差控制在–2～+2 mm之间。     

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,...     

活动式与固定式 UKA 衬垫的接触力学和磨损对比研究

目的 采用计算机模拟方法对比研究 ISO 14243 - 1 ∶ 2009 力控制标准测试条件下单髁膝关节置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)活动式与固定式衬垫的接触力学和磨损性能。 方法 采用有限元方法分析两种衬垫在测试条件下的接触应力和 von Mises 应力,并采用磨损预测模型模拟 5 MC(million cycles, 百万次循环)步态周期工况获得两种衬垫的线性磨损深度、磨损体积。 结果 磨损前活动式与固定式衬垫的最大接触应力分别为 15. 7、44. 3 MPa,最大 von Mises 应力分别为 11. 94、23. 33 MPa。 随着磨损加剧,活动式衬垫的最大接触应力和 von Mises 应力先减小后趋于稳定,而固定式衬垫的基本保持不变。 固定式衬垫的线性磨损深度为活动式的1. 5 倍,但活动式衬垫的磨损体积是固定式的 5. 4 倍,且活动式衬垫的背部磨损体积占其总磨损体积的 70% 。 结论 与固定式 UKA 衬垫相比,活动式 UKA 衬垫具有较低的接触应力与 von Mises 应力,但有较大的磨损体积。 活动式衬垫背部磨损是磨屑增加的另一个重要来源。     

运动学对线和机械力学对线指导全膝关节置换效果的Meta分析

文题释义： 运动力学对线：是行全膝关节置换时的一种下肢对线方法,尽可能还原膝关节患关节炎前的运动状态。 机械力学对线：该对线方法已指导全膝关节置换手术近30年,机械力学对线技术的目标是恢复髋-膝-踝0°角,从而使整个下肢恢复到中立位,近些年研究发现该方法指导的全膝关节置换术后1/5患者对置换效果不满意。 背景：机械力学对线技术虽然保证了膝关节假体的长期生存率,但是仍有部分全膝关节置换患者对置换效果及术后膝关节功能不满意。 目的：采用Meta分析的方法评价运动学对线技术和机械力学对线技术指导全膝关节置换的效果。 方法：检索运动学对线和机械力学对线指导全膝关节置换的临床对照研究文献,检索范围包括中国生物医学文献数据库、万方数据、中国知网、维普数据、PubMed、Cochrane图书馆及Embase,检索年限为建库日期至2019年7月。对检索到的文献进行筛选、质量评价及数据提取,并采用Review Manager 5.3软件进行统计分析。 结果与结论：①共纳入12篇文献,包括945例患者,其中运动学对线组470例,机械力学对线组475例;②荟萃分析结果显示,手术时间方面运动学对线组比机械力学对线组更短[MD=-15.44,95%CI(-27.16,-3.71)],西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数运动学对线组优于机械力学对线组[MD=-8.40,95%CI(-15.39,-1.40)],牛津大学膝关节评分运动学对线组优于机械力学对线组[MD=4.72,95%CI(0.24,9.21)],机械力学对线组术后的机械外侧股骨远端角及机械内侧胫骨近端角显著大于运动学对线组,以上研究P均< 0.05;③运动学对线组与机械力学对线组在平均住院日、出院前最远行走距离、膝关节协会评分、膝关节伸直角度、术后并发症方面差异无显著性意义(P均> 0.05);④提示运动学对线指导全膝关节置换后的膝关节功能优于机械力学对线,但影像学和围术期结果类似,且术后未增加并发症发生率。说明运动学对线可作为一种下肢力线对线方法来指导全膝关节置换。 ORCID: 0000-0002-3786-6305(赵春涛) 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     

运动学对线与机械力学对线指导全膝关节置换后步态分析的比较

背景:目前膝关节置换中通常采用的对线方式包括机械力学对线及运动学对线方式,关于两种手术方式的影像学及功能评估已经有一定研究,但对于两种手术方式患者的步态情况目前没有系统分析。目的:探讨运动学对线与机械力学对线指导全膝关节置换后步态参数的差异。方法:遴选出2017年1月至2019年6月因内翻性膝关节骨关节炎住院的患者50例,按手术方式分为2组,其中运动学对线组25例,机械力学对线组25例。以患者美国特种外科医院膝关节评分、疼痛目测类比评分、步态参数(步速、步频、步幅、站立相及摆动相屈伸角度,内外翻角度,内外旋角度及内收力矩)为参考指标,随访时间1年。结果与结论:(1)所有患者顺利完成随访,无切口感染、肺栓塞、关节功能障碍等并发症发生;(2)与术前相比,术后1年两组患者的膝关节美国特种外科医院评分、疼痛目测类比评分均明显改善,差异有显著性意义(P <0.05);而术后1年两组间膝关节美国特种外科医院评分、疼痛目测类比评分比较差异无显著性意义(P> 0.05);(3)除摆动相内外翻角度以外,术后1年两组患者的步态参数指标均较术前明显改善,差异有显著性意义(P <0.05);...     

UKA胫骨托盘背部设计对骨-假体固定界面的生物力学影响

目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换（unicompartmental knee arthroplasty, UKA）骨-假体固定界面的生物力学影响。方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型,以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件,对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异。结果 在膝关节内侧最大受力时刻,相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动;大龙骨型分别减小8%和15.9%、增大9.9%;小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%;三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%;三直立柱型分别减小7.7%、14.7%、1.6%。而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期21%时刻,相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动,大龙骨型增大1.2%,小龙骨型增大1.6%,三斜立柱型减小0.4%,三直立柱型减小2.3%。结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果,建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计,从而有效地平衡应力传递和界面微动,在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险。     

DDH患者全髋关节置换中股骨偏心距对骨肌多体动力学和接触力学的影响

目的探讨先天性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)患者全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)中股骨偏心距的生物力学影响。方法以1例CroweⅣ型DDH女性患者的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件AnyBody,建立与患者对应的个体化THA下肢骨肌多体动力学模型,分析股骨偏心距在±20 mm内变化时髋关节力、外展肌力的改变。同时建立不同偏心距下股骨-S-ROM假体动态有限元模型,由骨肌模型计算的不同偏心距下水平匀速行走步态内的动态载荷被加载至相应的有限元模型,对S-ROM假体柄与袖套之间的应力、接触应力和微动进行分析。结果股骨偏心距±20 mm内的变化对髋关节力峰值影响较小,股骨偏心距减小会导致外展肌力峰值显著增加,股骨偏心距增大会导致柄的最大应力、接触应力和微动显著增加。结论 DDH患者THA中股骨偏心距改变对外展肌力和假体最大应力、接触应力与微动影响显著,医生应予以考虑。     

后稳定型全膝关节假体的骨肌多体动力学研究EI北大核心CSCD

后稳定型全膝关节假体已经被广泛应用于骨科临床治疗膝骨关节炎,但是胫骨衬垫立柱的磨损、断裂以及假体松动等失效问题依然困扰着患者和医生。了解患者体内膝关节假体的生物力学特性有利于降低术后的假体翻修率和患者不满意度。本文针对6种不同后稳定型全膝关节假体分别建立了全膝关节置换的骨肌多体动力学模型,在模拟走路、右转和下蹲3种生理活动下,对比研究了6种后稳定型全膝关节假体的生物力学差异。结果表明,在走路、右转和下蹲活动中PFC Sigma和Scorpio NGR两种假体的立柱所受接触力较大,增加了立柱断裂和磨损破坏以及假体早期松动的风险。Gemini SL的螺旋型立柱设计更有利于膝关节的内外旋转运动,同时避免了立柱边沿接触磨损。后稳定型全膝关节假体矢状面较低的关节面匹配度设计和较晚的立柱-凸轮相遇接触设计将导致较大的前后平移运动。本文为临床指导医生选择、改进假体设计和降低假体失效提供了理论支撑。     

运动学对线与机械学对线对初次全膝关节置换术患者下肢对线参数的影响

目的:探讨运动学对线（KA）-全膝关节置换术（TKA）与机械学对线（MA）-TKA手术前后下肢对线影像学参数的变化,分析术后残余内翻的原因。方法:回顾性队列研究。纳入2020年6月—2021年1月首都医科大学附属北京朝阳医院骨科接受TKA患者36例,其中男17例、女19例,年龄58～82岁。TKA术中采用KA技术的18...     

全膝关节置换个体化患者右转步态的骨肌多体动力学仿真

目的构建个体化患者全膝关节置换(total knee replacement,TKR)的骨肌多体力学模型,模拟患者下肢右转步态时体内膝关节的生物力学行为。方法以1位具体患者的相关数据为材料,基于骨肌动力学仿真软件Any Body及其依赖于力的运动学建模方法,建立与患者相对应的TKR下肢骨肌多体动力学模型,并对患者的右转步态进行模拟。通过逆动力学分析右转步态,同时预测患者膝关节接触力、关节运动、肌肉活性和韧带力。结果模型预测的胫骨-股骨关节内、外侧接触力的均值均方根误差分别为285、164 N,相关系数分别为0.95和0.61,预测的髌骨接触力均值最大值为250 N。模型预测的接触力和肌肉活性与患者实验测量结果基本一致。此外,模型预测的胫骨-股骨的伸展弯曲、内外旋和内外翻运动的均值分布范围分别为3°~47°、-3.4°~1.5°、0.2°~-1.5°,胫骨-股骨的前后、上下和内外侧平移的运动范围分别为2.6~9.0 mm、1.6~3.2 mm、4.2~5.2 mm。模型还预测了内、外侧旁系韧带力和后交叉韧带力,其最大值分别为190、108、108 N。结论所开发的模型能够预测人工膝关节体内生物力学行为,为后续研究膝关节假体临床失效问题提供强有力的计算平台。     

膝关节前交叉韧带断裂单髁置换生物力学特性的有限元分析

目的基于人体膝关节CT和MRI图像建立前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂和正常膝关节三维实体模型,采用有限元方法研究ACL断裂膝关节在不同屈膝角度对植入假体生物力学性能的影响。方法结合临床单髁置换手术方案植入第3代牛津单髁(OxfordⅢ)假体,其中胫骨假体后倾7°,建立膝关节屈曲0°、30°、60°、90°和120°单髁置换的三维有限元模型,在股骨中心点上施加1 k N压缩载荷,分析5种屈膝角度下股骨假体、半月板衬垫、胫骨假体的应力分布情况。结果膝关节ACL断裂组与正常组在5种屈膝状态下,半月板衬垫的最大主应力在ACL断裂组与正常组之间最大相差幅度为62. 5%,在0°、30°、60°和120°屈膝状态下ACL断裂组最大应力均大于正常组;股骨假体在ACL断裂30°时的最大应力明显增加,其余4种屈膝状态下应力的最大增幅为60. 81%;胫骨假体在5种屈膝状态下ACL断裂组最大应力比正常组分别增加了19. 07%、36. 78%、25. 69%、-4. 38%、51. 19%。当ACL断裂后,除屈膝90°外半月板衬垫和胫骨假体上的均布应力均大于正常组,在屈膝30°和120°时对半月板衬垫的磨损较大。结论单髁置换假体的应力分布随膝关节屈曲角度和ACL功能的变化而存在差异,ACL断裂组应力整体趋势大于ACL正常组,且应力集中于内侧区域,在屈膝120°时应力最大,磨损最为明显。研究结果为临床膝关节ACL断裂单髁假体置换的手术方案和半月板假体的优化设计提供理论依据。     

膝关节单髁置换术后膝关节登梯动作生物力学分析

目的 探讨内侧膝关节单髁置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)手术对登楼梯时膝关节生物力学的影响.方法 9例接受固定平台内侧UKA骨关节炎患者,术前3周及术后(7±2)月对其进行登楼梯动作的生物力学测试.采用双平面X线装置收集患者UKA手术前后行走时的影像资料,健侧膝关节作...     

单间室与全膝关节置换术对膝骨关节炎患者楼梯行走时生物力学特征的影响

目的 探究单间室膝关节置换术（unicompartmental knee arthroplasty,UKA）与全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）对膝骨关节炎术后的临床疗效。方法 随机招募TKA患者21例、UKA患者15例。分别在术前以及术后6、12个月进行生物力学测试。采用Vicon红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集受试者楼梯行走的运动学和动力学数据。结果 在上楼梯时,TKA组受试者术前膝屈曲力矩峰值显著低于UKA组,术后6个月到达膝屈曲/内收力矩峰值时间、膝屈曲力矩冲量及膝内收力矩峰值负载率显著小于UKA组。在下楼梯时,UKA组术前和术后6个月伸膝功率峰值显著较小,垂直地面反作用力峰值负载率术前显著较大,膝伸展力矩峰值术后6个月显著较大;在术后12个月,楼梯行走的生物力学特征未出现明显的差异性。结论 TKA组和UKA组在手术后表现出相似的膝关节功能,但TKA组可能采取不同于UKA组的下肢生物力学模式。在楼梯行走时,UKA组术后表现出更好的股四头肌控制能力,提高了楼梯行走尤其是下楼梯的姿势控制能力,而TKA组则采取保守的楼梯步态策略以降低楼梯行走的膝关节负荷。相比于力矩峰值,到达力矩峰值的时间及力矩峰值负载率是发现膝关节负荷差异性更灵敏的指标。     

单髁置换胫骨假体后倾角对关节接触应力影响

目的 建立活动平台膝关节单髁置换(mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty, MB-UKA)术前、术后膝关节有限元模型,研究MB-UKA胫骨假体后倾角对关节接触应力影响。方法 基于健康受试者计算机断层(computed tomography, CT)及磁共振(magnetic resonance, MR)影像,构建健康膝关节有限元模型,并验证MB-UKA术前、术后模型的有效性。模拟MB-UKA胫骨假体后倾7°手术,将三维运动捕捉系统及力平台相关参数作为有限元模型输入条件,分别计算外侧间室胫骨平台软骨和聚乙烯衬垫的最大接触应力。结果 与现有文献结果进行对比验证表明,健康膝关节和MB-UKA术后膝关节有限元模型计算结果较为合理。MB-UKA术后胫股关节接触应力变化较大,聚乙烯衬垫接触应力远大于对侧间室胫骨平台软骨接触应力。结论 本文所建MB-UKA术前、术后有限元模型较为合理。研究结果为MB-UKA的评估提供了一个可参考的方法。     

膝关节置换术后长期胫骨近端力学性能的预测

目的 分 析 膝 关 节 单 髁 置 换 术 ( unicompartmental knee arthroplasty, UKA) 和 全 膝 置 换 术 ( total knee arthroplasty, TKA)后长期胫骨近端力学性能的变化,探究 UKA 和 TKA 的失效原因。 方法 建立健康、UKA、TKA胫骨近端有限元模型,利用 Wolff 骨重建理论结合有限元法预测胫骨近端的密度分布和应力分布。 结果 UKA 外侧踝平均应力基本不变,但呈增大趋势,平均密度增加 2%,内侧踝平均密度减小 13%,平均应力均减少 11%。 TKA外侧踝平均密度减少 1. 5%,平均应力减少 14%,内侧踝平均密度减少 1. 4%,平均应力减少 19%,假体末端平均密度增加 10%,平均应力增加 15%。 结论 UKA、TKA 假体的植入会造成应力遮挡现象,可能是产生术后假体松动的主要原因。 TKA 假体末端应力增大,可能导致 TKA 的失效。 UKA 非置换侧平均应力随着骨重建的进行不断增大,可能就导致 UKA 中远期对侧骨关节炎恶化。 研究结果可以为降低 UKA、TKA 并发症发生概率提供数据支持。     

膝关节单髁置换术胫骨假体不同后倾角对假体磨损和功能的影响

目的 建立单髁置换术胫骨假体后倾3°和7°膝关节不同屈膝角度三维有限元模型,研究两种后倾角膝关节生物力学特性和假体磨损及其对功能的影响.方法 结合人体膝关节CT与MRI图像和第3代Oxford假体,建立胫骨假体后倾3°和7°下屈膝单髁置换术有限元模型,在股骨内外侧髁中心点上施加1 kN载荷模拟人体站立相负重,分析不同屈...     

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。