旋转铰链型膝关节假体股胫关节面的磨损研究

目的 研究旋转铰链型膝关节假体在水平行走步态下的磨损状况,为该类假体的磨损评测和临床应用提供技术参考。方法 基于ISO 14243标准建立假体的磨损模型,计算旋转铰链型膝关节假体股胫关节面衬垫的磨损分布及质量磨损率,并与同一假体的体外磨损实验结果对比。结果 有限元分析和体外实验所得聚乙烯衬垫磨损率分别为26.01 mg/MC与(30.06±1.21) mg/MC(million cycle, MC,百万次循环)。有限元分析所得衬垫上表面的质量磨损率约为下表面的3.3倍,磨损区域与体外磨损测试所得的磨损区域基本一致,主要磨损区域大致对称分布在衬垫的上表面后侧偏中部区域。结论 旋转铰链型膝关节假体作为一种半限制性假体,其磨损量高于初次置换全膝关节假体,在该类产品的性能检测和评估中应该给予适当的重视。     

上楼梯对人工膝关节假体磨损影响的有限元研究

目的通过有限元磨损模型研究上楼梯对衬垫磨损的影响,对完善人工膝关节的磨损评估方法、指导假体设计等具有重要的理论和实际意义。方法基于Archard磨损理论建立人工膝关节衬垫磨损的有限元模型并验证,然后加载正常水平行走(ISO14243标准)和上楼梯的载荷,对比分析上楼梯对衬垫磨损的影响。结果水平行走步态载荷下,模型预测的磨损结果与文献实验报道结果一致,模型具有较好的有效性。上楼梯的体积磨损率为每100万次循环(million cycle,MC)37.10 mm~3,显著高于水平行走步态的体积磨损率(16.94 mm~3/MC),线性磨损也具有类似的结果。上楼梯内侧平台的磨损区域主要集中在后部,与水平行走时内侧平台的磨损主要发生在中部区域有明显不同。结论上楼梯作为高载荷、高屈膝角度的日常运动之一,对人工膝关节衬垫的磨损有较大影响,其磨损率和磨损区域与水平行走有明显差异,在人工膝关节的磨损检测和评估中应该给予适当的重视。     

新型运动模式铰链膝关节假体磨损有限元分析

目的 对新型球轴运动模式铰链膝关节假体进行有限元分析,研究假体磨损仿真的方法及运动方式对假体磨损的影响。方法 基于球轴假体接触力学有限元模型,根据Archard磨损理论,建立磨损有限元模型,以各种运动数据为加载条件,模拟生理活动下膝关节的力学环境,研究球轴假体磨损情况。结果 对于胫骨衬垫,上下楼时平均和最大接触应力均高于步行,上楼时累积磨损体积大于下楼和步行,且磨损均主要发生在衬垫下表面。对于球轴衬套,仅步行时存在短时间接触和磨损,累积磨损体积为0.19 mm³。结论 铰链膝关节假体的球轴运动模式可改善置换后膝关节力学环境,降低衬套磨损,延长假体生存期。有限元仿真可有效预测铰链假体的磨损,为其设计及改进提供理论支持。     

全膝关节假体三维有限元模型的建立

背景：由于全膝关节的结构形态具有运动复杂、受力复杂等特性,造成了数据采集,模型建立困难,影响了三维实体模型的准确性。 目的：建立全膝关节假体三维有限元模型。 方法：通过Microscribe G2三维定位扫描仪取得假体数据、Geomagic软件进行曲面拟合、导入大型有限元分析软件Abaqus6.7.2建立全膝关节假体三维有限元模型,对如何提高三维有限元模型的精确性,扩大模型的开放性以及提高建模效率,增加关节外科医师在建模过程中的参与性进行探讨。 结果与结论：通过Microscribe G2三维定位扫描仪取得假体数据、Geomagic软件进行曲面拟合、导入大型有限元分析软件Abaqus6.7.2建立了全膝关节假体三维有限元模型。与以往建模方法比较,该模块设计使模型更加精准,使用更灵活,简化了有限元前期处理过程,明显降低了建模难度,提高了建模效率,增加了模型的扩展形,并获得了更高的精度。     

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...     

人体膝关节股胫关节运动特性分析

目的　分析人体正常膝关节和人工膝关节高屈曲活动下股胫关节的运动,为膝关节运动特性研究、假体设计提供参考。 方法　选取健康志愿者,利用CT和MRI扫描数据建立正常全膝关节三维有限元模型以及TKA术后有限元模型,采取三束股四头肌肌力非同步变力加载,模拟人体下蹲运动,以分析股胫关节的相对运动特性,并检索相关研究结果以便对比分析。 结果　获得正常膝关节以及TKA术后人体下蹲过程中股骨相对胫骨的三维相对运动数据,结果表明,TKA术前、后股胫关节相对运动的总体趋势相近,同时在前后位移、远近位移、内外位移、内收外展和内外旋等最大值方面存在差异;同时通过对比分析TKA前后股胫关节相对运动以及相关文献数据,发现结果存在不同程度差异。 结论　究其原因,正常膝关节相对运动差异主要在于股胫关节各个运动方向上和不同屈曲度时约束程度的改变;人工膝关节相对运动差异主要来源于膝关节型面和结构的改变;同时与坐标系的定义、在体和离体的差异、负荷加载的差异相关。本研究针对人体正常膝关节和TKA术后膝关节股胫关节运动进行有限元仿真分析,对膝关节运动特性研究具有一定的参考价值。     

高屈曲度固定平台和高屈曲度旋转平台膝关节假体置换后的早期步态比较

背景：高屈曲度固定平台膝关节假体与高屈曲度旋转平台膝关节假体设计机制不同,观点也各不相同。 目的：通过对两种膝关节假体置换患者进行美国特种外科医院膝关节评分(HSS评分)及步态分析,比较两类假体置换患者的早期疗效。 方法：随机选取人工膝关节置换患者34例,按照置换假体的不同分为高屈曲固定平台假体组和旋转平台假体组进行对比观察。 结果与结论：两类不同设计假体在置换后12个月内在HSS评分及各步态参数差异无显著性意义。通过步态分析技术,能够更精确地对膝关节置换后参数进行比较,通过与临床评分结合,更全面地了解术后疗效。     

人工全膝关节置换术的护理

目的 探讨人工全膝关节置换术的护理要点.方法 观察分析对16例全膝关节置换术病人的术前宣教心理疏导、术后护理措施及康复指导.结果 人工全膝关节置换术的患者在良好的系统护理和正确的功能锻炼下,可有效地预防并发症的发生,提高患者的生活质量.结论 规范护理是关系全膝关节置换术成败的重要环节.     

膝关节假体股胫接触面积的影响因素

目的通过建立自动化流程对膝关节假体股胫接触面积的影响因素进行分析,总结设计参数对接触面积的影响规律,并找到最大接触应力和接触面积之间的关系。方法在Isight中建立参数化有限元模型,包括几何模型自动变参、自动化有限元前处理和有限元运算3个组件,实现自动化流程,提取接触面积进行统计学分析。结果有限元模型用Tekscan应力分布系统进行验证。当股骨、胫骨矢状面半径逐渐接近时,接触面积最大为295 mm~2。股骨矢状面半径对接触面积是正效应,而胫骨矢状面半径是负效应。最大接触应力和接触面积近似呈线性负相关。结论通过分析股胫矢状面半径对接触面积和接触应力的影响规律,为临床降低衬垫磨损提供设计依据。     

高屈曲后稳定型旋转平台人工膝关节假体全膝关节置换

背景：传统的人工膝关节假体已成功在临床应用。有报道高屈曲后稳定型固定平台人工膝关节假体置换后有较高的高分子聚乙烯垫磨损,而高屈曲后稳定型旋转平台人工膝关节假体的设计能更好地解决这一问题。 目的：回顾性分析高屈曲后稳定型旋转平台PFC sigma RPF人工膝关节假体全膝关节置换后的近期效果。 方法：78例(113膝)行高屈曲后稳定型旋转平台PFC sigma RPF人工膝关节假体置换,采用骨水泥固定假体,髌骨不进行置换。随访3年,分别比较置换前、置换后膝关节活动度及特种外科医院膝关节功能评分。 结果与结论：随访3年,膝关节活动度从置换前平均110.7°改善到置换后平均124°,特种外科医院膝关节功能评分从置换前平均54.2分改善到置换后平均95.4分,优良率达93.58%,各种并发症发生率低。提示高屈曲后稳定型旋转平台PFC sigma RPF人工膝关节假体的近期置换效果满意,置换后的持续疼痛是患者不满意的主要因素,长期效果还需进一步观察。     

全膝关节置换术对膝骨关节炎患者本体感觉的影响

目的 探究膝骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）患者进行全膝关节置换术前后本体感觉的变化。方法 选择34名KOA患者作为实验组,术后根据手术方式分为后交叉韧带保留型全膝关节置换术（CR-TKA）组和后稳固型全膝关节置换术（PS-TKA）组,并对患者进行3个月术后随访,同时纳入20名健康受试者作为对照组。采用Biodex System Ⅲ多关节等速测试系统、自行设计的施力装置、无线表面肌电测试系统采集健康受试者以及患者手术前后的本体感觉（位置觉、运动觉和力觉）数据,并对数据进行处理和分析。结果 与健康受试者相比,KOA患者患侧和对侧膝关节30°、45°和60°位置觉、运动觉、半腱肌力觉显著变差（P<0.05）;术后3个月,CR-TKA组患者患侧股二头肌力觉和对侧半腱肌力觉与健康受试者均存在显著差异（P<0.05）;对CR-TKA组和PS-TKA组患者患侧和对侧的位置觉、运动觉、力觉术后3个月与术前的差值做组间比较,均无统计学差异（P>0.05）。结论 KOA患者膝关节本体感觉较健康受试者明显减退。术后3个月,CR-TKA和PS-TKA两组患者本体感觉未见明显改善。不同手术方式对本体感觉的影响没有差异。研究结果可以为医生的临床诊疗提供一定数据支持,以及为后续的康复方案确定一个方向。     

预期条件下不同侧切角度膝关节应力状态的有限元分析

目的 探讨预期条件下不同角度侧切触地过程中膝关节运动学、地面反作用力（ground reaction force, GRF）特征以及软骨、半月板的应力状态。方法 采集14名受试者在预期条件下分别进行45°、90°和135°侧切时的运动学和GRF数据,通过Visual 3D逆动力学计算获取膝关节反作用力,基于膝关节三维有限元模型分别对3种侧切角度下触地过程进行数值仿真。结果 预期条件下3种侧切角度在触地过程中的膝关节运动学特征存在显著性差异（P＜0.001）,膝关节屈曲程度随侧切角增大而增加;垂直GRF随侧切角增加而显著减小（P＜0.001）,水平GRF呈现出相反的趋势;3种侧切角度下,90°侧切时髌骨软骨以及股骨软骨接触应力峰值较大, 前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）接触点主应力峰值较大,其次为135°和45°侧切;3种侧切角度下,外侧股骨软骨接触应力峰值均大于内侧。结论 90°侧切运动时膝关节损伤风险更大,135°侧切时膝关节内部的应力状态与90°侧切相比较为良好。预期条件下膝关节损伤风险并不随侧切角增大而升高。     

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。     

人工关节磨损颗粒的分形表征及分类特征分析

目的研究膝关节模拟实验条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)磨损颗粒的形态及分形表征,对磨损颗粒进行分类特征分析,探讨分形维数与磨损状态的相关性。方法采用膝关节模拟器以实现模拟膝关节磨损运动,股骨、衬垫分别选用医用锻造CoCrMo合金和UHMWPE。磨损颗粒提取依据标准ISO 17853进行,利用磨粒轮廓自动提取与分形识别系统对磨损颗粒进行分形分析,采用网格划分、聚类分析和遗传模拟退火算法3种模型对磨粒进行分类识别。结果 UHMWPE单体磨粒的分形特征明显,尺寸较大的条形磨屑过渡到尺寸较小的类球形磨粒时,雷达分形维数不断减小,球状磨粒的分形维数D接近0。遗传模拟退火算法模型磨粒群体分类划分的分形维数内加权误差平方和最小,聚类特征明显。当磨损运行周期较低时,分形维数较大的条状、针叶状和纤维状磨粒占比较大,磨损以犁沟和剥落磨损为主;随磨损周期的延长,大分形维数磨粒占比下降,低分形维数的片状、块状和类球状磨粒占比上升,磨损向疲劳磨损和黏着磨损转变,磨损状态过渡到复合磨损期。当进入稳定磨损期后,各类形态磨粒的占比例变化不大。由于小尺寸磨粒的数量增加,群体分形维数有所减小。结论以改进雷达图分形方法为基础的磨粒轮廓自动提取与分形识别系统,可用于人工关节磨损颗粒的形态轮廓提取、分形维数计算和参数统计,为人工关节磨粒的识别和诊断提供新的数字化分析工具。     

连续股神经阻滞对全膝关节置换术后镇痛及早期康复的影响

目的评估全膝关节置换术后硬膜外镇痛和连续股神经阻滞镇痛的效果及对患膝关节功能恢复的影响。方法40例ASA Ⅰ～Ⅲ级拟行单侧全膝关节置换术的患者被随机分为两组,每组20人。第1组（CFB）采用全麻加股神经阻滞,第2组（EPI）采用全麻加硬膜外置管。两组均术后当天注射一次,术后每天早晚8点各注射一次,持续72 h,每次注入0.33%罗哌卡因30 ml。主要观察指标：术后4、8、12、24、48、72 h静止和运动时的疼痛视觉模拟评分（VAS）、术后疼痛分值、镇痛满意度、副作用及患肢膝关节术前/术后的活动度（ROM）。结果两组患者基线资料比较差异无统计学意义（P〉0.05）,具有可比性。术后两组在静息和运动时的疼痛直观可比较度（VAS）的分值、术后疼痛分值、镇痛满意度上无统计学意义（P〉0.05）。EPI组尿潴留发生率明显高于CFB组（P〈0.001）,而恶心、呕吐、搔痒、头痛发生率高于CFB组,但两组差异均无统计学意义（P〉0.05）。术后两周时CFB组患者膝关节的主、被动活动度均比EPI组高,但只有被动活动度差异有统计学意义（P〈0.001）,主动活动度差异无统计学意义（P〉0.05）。结论硬膜外镇痛和连续股神经阻滞都能充分缓解全膝关节置换术术后疼痛,能够加大患膝近期的活动度。但连续股神经阻滞副作用少,更利于患膝关节术后的功能恢复,值得推荐。     

PFC—Sigma固定平台和PFC—Sigma旋转平台人工膝关节应用的早期临床疗效

目的：探讨固定平台膝关节假体和旋转平台膝关节假体的临床疗效。方法：2010年1月～2011年3月,分别接受PFC—Sigma固定平台假体和PFC．Sigma旋转假体置换的患者共66例（83膝）,其中男13例、女53例,年龄27～89岁,平均64岁。术后随访并根据HSS评分、生存质量评分系统、关节活动度、最大屈膝度数评价临床效果,数据采用SPSS13．0统计软件分析。影像学评估采用Centricity Enterprise WebV．30专业图像分析软件。结果：66例均获得随访,随访时间12～24个月,平均18个月。疼痛评分由术前（7．19±2．21）分提高至（26．25±2．68）分（P〈0．05）,HSS评分由术前（43．28±6．72）分提高至（87．50±5．00）分（P〈0．05）,活动度由术前（74．26±19．32）°提高至（115．74±11．44）°（P〈0．05）,最大屈膝度数由术前（111．40±10．22）°提高至（115．7±11．44）°（P〈0．05）,生存质量评分由术前（44．63±7．30）分提高至（83．99±4．36）分（P〈0．05）。影像学评估假体对位、对线良好,无假体松动。结论：合理选择膝关节假体,熟练运用TKA技巧及早期康复功能训练,可使患者获得较好的早期临床效果。     

步态水平对髋关节假体周围骨重建的影响

目的 针对髋关节置换术后患者步态运动水平变化,研究假体周围骨密度（bone mineral density, BMD）变化率的变化趋势,揭示置换初期、长期运动变化对骨重建的影响规律。方法 基于自适应骨重建理论,建立股骨-假体有限元模型,以术后初期、长期步态水平作为重建参数计算假体周围BMD分布,采用Gruen分区方法量化BMD的变化。结果 术后初期,恒定步态组与变化步态组BMD存在明显差异,最大差异发生在低步态组中,造成大转子区域BMD减小41%;步态运动提高促进假体近端、中端BMD变化,显著影响发生在大转子区域,造成BMD增加47%;术后长期阶段,步态运动提高促进假体中端、末端区域BMD恢复,BMD增加2%～9%。结论 研究结果为髋关节置换后患者康复过程提供指导。