膝关节置换术中胫骨截骨厚度对胫骨截面的生物力学影响

目的获得不同截骨厚度及不同活动状态下胫骨截面的生物力学情况,为临床膝关节置换术截骨厚度及指导患者术后活动提供理论基础。方法重建下肢骨性三维立体模型,依据全膝关节置换术截骨原则将胫骨近端分别截骨0、5、7、9 mm,对截骨后胫骨模型进行材料属性赋值,并分析站立、慢步、快跑、上楼4种活动状态下胫骨截面的应力、应变情况。结果在相同活动状态下,随着截骨厚度的增加,胫骨截骨面的最大应力和位移呈增长趋势。在同一截骨厚度下,随着活动强度的增强,胫骨截面的最大应力和位移总体上呈增长趋势。结论临床全膝关节置换术时胫骨截骨厚度越大、术后活动强度越强,胫骨截面的应力及应变越大。术中应避免过多截骨、术后应避免高强度活动,可减少胫骨平台的应力及应变,有利于假体的长期寿命。     

从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术

膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一,目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史,相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点,故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段,具有手术简单、费用低、恢复快等优点,目前正在被大力推广,但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式,并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制,提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡,故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。     

从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术

膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一,目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史,相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点,故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段,具有手术简单、费用低、恢复快等优点,目前正在被大力推广,但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式,并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制,提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡,故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。     

从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术

膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一，目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史，相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点，故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段，具有手术简单、费用低、恢复快等优点，目前正在被大力推广，但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式，并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制，提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡，故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。     

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.     

胫骨高位截骨与单髁置换治疗膝关节内侧间室骨关节炎的Meta分析

背景:治疗膝关节内侧间室骨性关节炎最常见的手术方式是胫骨高位截骨和单髁置换,而两者之间的疗效是否存在差异仍缺乏系统评价。目的:采用Meta分析比较胫骨高位截骨和单髁置换治疗膝关节内侧间室骨性关节炎临床疗效的差异。方法:计算机检索PubMed、The Cochrane library、EMBASE、ScienceDirect、CNKI、万方、维普等数据库,搜集有关比较胫骨高位截骨/单髁置换治疗膝关节内侧间室骨性关节炎的病例对照研究或随机对照试验的文献,检索年限为2000至2019年。2人独立完成阅读筛选文献,提取数据和评价研究质量,采用RevMan5.3进行数据分析。结果与结论:①共纳入13项研究,共711例患者;②Meta分析结果显示,胫骨高位截骨组膝关节活动范围(MD=-5.47,95%CI:-9.53至-1.41,P=0.008)显著优于单髁置换组,单髁置换组末次随访时Lysholm膝关节评分(MD=0.84,95%CI:0.29-1.39,P=0.003)优于胫骨高位截骨组;③术后并发症发生率、术后全膝关节置换术翻修率、术后感染率、髌股关节软骨退变率、外侧间室退变率、手术优良率、术后胫股角等方面,2组相比差异无显著性意义(P>0.05);④提示在治疗符合手术指征的膝关节内侧间室骨关节炎时,采用胫骨高位截骨术可获得与单髁置换相似的并发症发生率、术后全膝关节置换术翻修率、术后感染率、髌股关节软骨退变率、外侧间室退变率、手术优良率及术后胫股角,但是胫骨高位截骨术后关节活动范围优于单髁置换,而单髁置换后可以使膝关节获得较好的功能。     

胫骨高位截骨钢板置入联合关节镜治疗伴下肢力线不良的内侧半月板后角退变性损伤北大核心

背景:既往研究发现,胫骨高位截骨和胫骨高位截骨联合关节镜手术均能够有效治疗合并下肢力线不良的内侧间室骨关节炎,但对比二者治疗效果的研究较少。目的:对比胫骨高位截骨与胫骨高位截骨后钢板置入联合关节镜手术治疗伴下肢力线不良的内侧半月板后角退变性损伤的临床疗效。方法:选择2015年7月至2019年1月遵义医科大学附属医院收治的膝关节骨关节炎患者48例,均伴下肢力线不良的内侧半月板退变性损伤,其中24例接受胫骨高位截骨钢板置入联合关节镜手术(试验组),另24例接受单纯的胫骨高位截骨钢板置入手术(对照组)。比较两组患者术后不同时间点的膝关节功能评分及影像学检测指标。结果与结论:(1)试验组患者术后6,12个月的纽约特种外科医院膝关节评分、膝关节Lysholm评分均高于对照组(P <0.05),两组术后24,36个月的纽约特种外科医院膝关节评分、膝关节Lysholm评分比较差异无显著性意义(P> 0.05);试验组患者术后6个月的目测类比评分低于对照组(P <0.05),两组术后12,24,36个月的目测类比评分比较差异无显著性意义(P> 0.05);(2)术后12个月的影像学检查显示,两组患者的下肢力线与股胫角均得到有效改善,两组间股胫角、下肢力线通过胫骨平台的相对位置、胫骨平台后倾角比较差异均无显著性意义(P>0.05);(3)结果表明,胫骨高位截骨钢板置入及联合关节镜手术均能有效治疗伴下肢力线不良的内侧半月板后角退变性损伤,有效改善患者关节功能、缓解疼痛症状,其中胫骨高位截骨联合关节镜手术治疗的早期临床疗效更好。     

膝关节单髁置换胫骨优化截骨设计的生物力学研究

目的 比较膝关节单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty, UKA)常规截骨、保留圆角截骨及全新扩大圆角截骨方法对术后胫骨近端生物力学特性的影响。方法 基于Sawbones胫骨的CT数据,构建完整胫骨模型及不同截骨方式下UKA术后胫骨模型,采用轴向压缩工况对模型进行有限元分析,比较不同模型间胫骨近端应变情况及骨水泥应力差异。结果 在轴向压缩工况下,扩大圆角组其截骨区皮质骨von Mises应变峰值较常规截骨组与保留圆角组有所增加,而松质骨von Mises应变峰值则分别减少24.3%～42.9%、26.0%～48.7%。对比截骨区松质骨与皮质骨von Mises应变峰值差Δε_peak,发现扩大圆角组其Δε_peak远远小于其余两组。UKA后不同模型间胫骨前内侧皮质骨最小主应变无明显差异,但较完整胫骨模型增加23.3%～34.5%。扩大圆角组骨水泥单元平均von Mises应力随着圆角半径增大呈现下降趋势,且整体均小于常规截骨组与保留圆角组。结论 全新扩大圆角截骨方法可使健康骨质条件下胫骨近端应力传递更均匀...     

个性化3D打印术前模拟与传统截骨在高位胫骨截骨中的应用与比较

文题释义： 高位胫骨截骨：是治疗早期单纯内侧间室膝关节骨关节炎行之有效的术式,包括内侧开放与外侧闭合截骨两种术式。 3D打印技术：是将计算机三维数字成像技术和多层次连续打印技术相结合的一种新兴应用技术,与传统的材料去除加工方法不同的是,它通过分层加工、叠加成型的方式,逐层增加材料来生成3D实体模型。有研究报道3D打印截骨模块可精确指导全膝关节置换及内侧开放高位胫骨截骨术中截骨。 背景：高位胫骨截骨是治疗早期单纯内侧间室膝关节骨关节炎的经典术式,3D打印可用于制作个性化手术工具,课题组已应用3D打印技术辅助高位胫骨截骨治疗膝关节骨关节炎。 目的：对比传统截骨方法,探讨个性化3D打印截骨辅助下外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理治疗合并内翻畸形膝关节骨关节炎的优势与不足。 方法：行外侧闭合楔形高位胫骨截骨联合膝关节清理的病例47例,采用随机数字法分成2组：3D打印截骨组21例术中采用个性化3D打印截骨,传统截骨组26例予传统截骨。对比两组的手术时间、术中C形臂透视次数及出血量、术后1个月患侧下肢力线,以及术后1,3,6,12,24个月评估患侧膝关节美国特种外科医院(hospital of special surgery,HSS)评分。研究方案经莆田市第一医院伦理委员会审查批准,参与试验的患病个体对治疗过程完全知情同意。 结果与结论：①术中3D打印截骨模块均与术前模拟卡位相一致;②3D打印截骨组手术时间较传统截骨组明显缩短[(69.71±3.17),(92.92±5.91)min,t=-17.21,P < 0.01];3D打印截骨组术中C形臂透视次数明显少于传统截骨组[(5.71±1.62),(18.15±3.00)次,t=-18.12,P < 0.01];3D打印截骨组出血量显著少于传统截骨组[(275.24±53.82),(507.69±45.19)mL,t=-16.10,P < 0.01];③两组术后1个月患侧下肢力线及术后24个月患侧膝关节HSS评分差异无显著性意义(均P > 0.05);④结果说明,对比传统截骨,在外侧闭合楔形高位胫骨截骨中应用个性化3D打印截骨可明显缩短手术时间,减少术中透视和出血,但二者术后2年随访患者膝关节功能恢复无明显差异。 ORCID: 0000-0001-9766-6164(陈金国) 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...     

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...     

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。     

三维数字化重建在中国人胫骨近端形态学研究中的应用

背景：在进行中国人膝关节假体设计以及全膝关节置换时,不仅要考虑到中国人胫骨近端解剖特点和几何形态上的差异,同时也还应该注意不同个体间的差异性。 目的：通过数字化技术分析中国人正常胫骨近端正常形态学参考值的变化。 方法：采集正常中国人两侧膝关节原始CT扫描图像,Mimics 10.1软件系统构建膝关节骨三维数字化模型。并对胫骨近端模型模拟截骨,测量胫骨截面相关线性参数。根据不同性别进行分组观察胫骨近端形态学参考值的变化。 结果与结论：除胫骨平台外侧前后径/内侧前后径、内侧前后径与外侧前后径的差值外,男性横径和前后径值均大于女性,大部分男性受试者所测量胫骨近端各截骨面值与女性受试者相比差异有显著性意义(P < 0.01)。说明正常中国人胫骨近端形态学存在性别个体差异,具体表现在：①不同测量方法形成的测量数据可更加全面反映胫骨近端形态学特征。②胫骨平台前后径/胫骨平台横径比值方面女性大于男性。     

Combined proximal tibial osteotomy for varus osteoarthritis of the knee: Biomechanical tests and finite-element analyses

BackgroundA special combined proximal tibial osteotomy (CPTO) was designed to correct varus osteoarthritis of the knee with severe intra-articular pathologies, which could not be fully corrected by opening-wedge high tibial osteotomy (OWHTO). The biomechanical strength of the CPTO bone–implant construct was evaluated and compared with those of existing osteotomy methods.MethodsThree variations of osteotomy including OWHTO, tibial condylar valgus osteotomy (TCVO), and CPTO were performed on synthetic bones with locking plate and screws. Wedge stiffness, wedge displacement, and load failure were measured by biomechanical tests. Three types of numerical tibial models were also constructed by three-dimensional model reconstruction software. The stability parameters of the three variations including wedge stiffness, wedge displacement, and stress distribution were further measured by finite-element analyses.ResultsThe biomechanical testing results revealed that the wedge stiffness, wedge displacement, and failure load of the CPTO construct were very close to those of the OWHTO construct. The numerical results of wedge stiffness and displacement showed good conformity to the previous biomechanical results. The stress distribution at the lateral hinge, the plate corner, and the holes of the CPTO construct were close to those of the OWHTO counterpart, while the stress distribution at the inter-condylar eminence of the tibia and at the middle region of the screws was close to those of the TCVO counterpart.ConclusionsThe CPTO construct can provide comparable strength for early mobilization and rehabilitation to that of the OWHTO construct.     

Proximal tibiofibular joint changes after closed-wedge high tibial osteotomy. Are they relevant?

BackgroundThere is some controversy about how the proximal tibiofibular joint (PTFJ) capsulotomy changes PTFJ anatomy in closed-wedge high tibial osteotomy (CW-HTO) and about how this affects ankle and knee mobility and the onset of lateral knee pain. The aim of this study is to evaluate changes in PTFJ after CW-HTO, and its possible clinical significance.MethodsThis study includes 50 patients who underwent CW-HTO with tibiofibular capsulotomy from 2000 to 2018 in our hospital. A clinical evaluation was conducted to evaluate pain location. The degrees of osteoarthritis and the proximal fibular subluxation were evaluated on radiographs. A dynamic analysis of the PTFJ was also performed comparing proximal fibular head subluxation on anteroposterior knee radiographs with the ankle placed in neutral position and dorsiflexed.ResultsThe clinical evaluation revealed that two patients had a sore scar, five had pain on the PTFJ with manual compression, and none referred lateral compartment pain. The radiological analysis revealed an average proximal subluxation of the fibular head after the osteotomy of 9.64 (range: 0–29) mm, which was greater in oblique PTFJ (p < 0.05). After the surgery, all the patients developed some degree of PTFJ arthritis. There was no correlation between lateral pain and proximal fibular subluxation, tibiofibular arthritis, or lateral compartment arthritis. The dynamic analysis revealed no significant changes.ConclusionsAfter CW-HTO all the patients developed proximal subluxation of the fibular head and a variable degree of PTFJ osteoarthritis, but these changes seem to be unrelated with lateral knee pain.     

内侧柱缺失型肱骨近端骨折不同固定方式的有限元分析

文题释义： 肱骨近端内侧柱：肱骨近端内侧柱为肱骨头内下方的一段连续性骨皮质,主要起支撑肱骨头防止其内翻的作用。其主要包括后内侧干骺端的完整和对合及内侧铰链(骨膜)的完整性,锁定钢板固定稳定性的2个重要因素是骨密度低和缺乏内侧支撑。 肱骨内侧柱缺失型有限元模型：参照既往相关研究方法,在肱骨外科颈处模拟宽度为5 mm的骨质缺损,建立了可靠、有效的肱骨近端内侧柱缺失型有限元模型。对皮质骨、松质骨及髓腔分别赋予材料参数,并分别定义为均一、各向同性材料,忽略周围韧带及肌肉对骨折稳定性的影响。 背景：肱骨近端内侧柱缺失型骨折为内固定术后并发症较高的一种骨折类型,肱骨近端锁定钢板在肱骨近端骨折中应用广泛,然而单独应用肱骨近端锁定钢板与肱骨近端锁定钢板联合腓骨支撑治疗肱骨近端内侧柱缺失型骨折的生物力学稳定性尚不明确。目的：采用有限元分析方法,探讨单独应用肱骨近端锁定钢板与肱骨近端锁定钢板联合腓骨髓内支撑对内侧柱缺失型肱骨近端骨折内固定模型生物力学稳定性的影响,并比较肱骨距螺钉在2种不同固定方式下对内侧柱支撑的差异性。 方法：获取骨质疏松肱骨近端CT数据,按照肱骨解剖颈下5 mm截骨,建立肱骨近端内侧柱缺失型骨折模型,并分为A、B组。A组为肱骨近端锁定钢板组,其中A1组置入钢板近端全部螺钉,A2组为E钉空缺,A3组为D钉空缺;B组为肱骨近端锁定钢板联合腓骨髓内支撑组,其中B1置入钢板近端全部螺钉,B2组为E钉空缺,B3为D钉空缺。然后采用三维有限元法分析间接暴力状态下不同分组模型的生物力学稳定性。 结果与结论：①在结构稳定性方面,B组明显优于A组,A组中A1、A3组结构稳定性相当,且优于A2组;B组中B1、B2组结构稳定性相当且优于B3组;②对于内侧柱缺失型肱骨近端骨折,肱骨近端锁定钢板联合腓骨髓内支撑的力学稳定性优于单独应用肱骨近端锁定钢板;当联合腓骨支撑时,置入钢板近端全部螺钉效果最优,其中 D钉对肱骨近端内侧柱的支撑具有重要稳定作用。 ORCID: 0000-0002-5127-7857(刘炎) 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     

A non-invasive measurement of the knee contact force using a subject-specific musculoskeletal model to investigate osteotomy

The varus knee has been defined as a Hip-Knee-Ankle alignment of less than 180 degrees. Varus knee alignment increases the load on the medial knee and also the risk of osteoarthritis. High tibial osteotomy has been designed to modify the malalignment of varus knee. The aim of this study was to investigate the osteotomy effects on knee adduction moment (KAM) and contact forces using a musculoskeletal and subject-specific knee model. A patient with varus knee and no symptoms of any other disease or disability participated in this study. The geometry of the multibody knee model has been modified using MR images. The solutions of its finite element model have been used to determine the parameters of the multibody model. The motion data, ground reaction force and kinetic data have been applied to run the subject-specific musculoskeletal model during the stance phase of gait. After osteotomy, the adduction moment decreased, where the maximum values are comparable to other studies. The pattern of KAM did not witness any significant changes. The total and medial contact forces reduced considerably after surgery, but the lateral contact force did not significantly change. The changes in total and medial contact forces and lack of change in lateral contact force could be explained by modification of the gait pattern after surgery.     

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。     

正常和膝外翻情况下胫骨近端内部结构模拟

目的模拟正常和膝外翻时胫骨近端的内部结构。方法采用定量骨重建理论与有限元法相结合,对正常力学环境下胫骨近端的内部结构进行模拟,然后以此结构为初始模型,根据膝外翻情况下胫骨平台压力分布的改变规律,合力的作用点在胫骨外侧平台上,模拟膝外翻后胫骨近端内部结构。结果模拟得到的骨密度分布与真实胫骨进行对比,无论是正常力学环境下还是膝外翻情况下,都与实际非常吻合。结论本研究所采用的方法与载荷的分布方式能够正确地模拟预测胫骨近端内部结构,是进一步研究全膝关节置换术后假体周围骨重建行为的基础。     

基于有限元模型的踝关节生物力学分析*

背景：有限元力学分析在生物力学领域广泛应用。 目的：采用大型有限元软件ANSYS对踝关节三维有限元数字模型进行生物力学分析,探讨踝关节各组成骨的应力分布规律及其发生形变、位移情况。 方法：把经MIMICS、Geomagic和ANSYS处理后生成的踝关节三维数字模型导入软件ANSYS中,经过约束条件、施加载荷、求解试算等阶段,对其各组成骨进行有限元分析。 结果与结论：①静止直立位时,踝关节各组成骨最大应力区集中在内踝与距骨相关节处、胫骨远端关节面髁间线前部、胫骨中下段前缘皮质区及距骨滑车外侧部;最小应力区集中在外踝、胫骨远端内侧皮质区、距骨头、距骨颈;最大位移发生在距骨头,位移自下而上逐步减小;最小位移发生在胫骨、腓骨中下段1/3处。②高空坠落时,最大应力区集中在胫骨中下段前缘皮质区、距骨滑车前外侧、内踝内侧皮质区以及胫骨远端关节面髁间线前部。其中胫骨中下段应力集中区随着压力的增加,稍向内侧移位。距骨滑车外侧部最大应力集中区位置无明显变化,范围逐渐加大。最小应力区集中在外踝、胫骨远端关节面外侧部、距骨头、内踝的外侧皮质;随着压力不断加大,内踝外侧皮质的小应力蓝色区域范围逐渐减小;外踝逐渐出现应力稍大的淡蓝色区域,提示所受应力加大。最大位移发生的部位自距骨头向上,经距骨颈、胫距关节面到胫腓骨中下段逐渐减小,到胫腓骨中下段时减到最小。