目的基于人體膝關節(jié)CT和MRI圖像建立前交叉韌帶（anterior cruciate ligament,ACL）斷裂和正常膝關節(jié)三維實體模型,采用有限元方法研究ACL斷裂膝關節(jié)在不同屈膝角度對植入假體生物力學性能的影響。方法結合臨床單髁置換手術方案植入第3代牛津單髁（OxfordⅢ）假體,其中脛骨假體后傾7°,建立膝關節(jié)屈曲0°、30°、60°、90°和120°單髁置換的三維有限元模型,在股骨中心點上施加1 k N壓縮載荷,分析5種屈膝角度下股骨假體、半月板襯墊、脛骨假體的應力分布情況。結果膝關節(jié)ACL斷裂組與正常組在5種屈膝狀態(tài)下,半月板襯墊的最大主應力在ACL斷裂組與正常組之間最大相差幅度為62. 5%,在0°、30°、60°和120°屈膝狀態(tài)下ACL斷裂組最大應力均大于正常組;股骨假體在ACL斷裂30°時的最大應力明顯增加,其余4種屈膝狀態(tài)下應力的最大增幅為60. 81%;脛骨假體在5種屈膝狀態(tài)下ACL斷裂組最大應力比正常組分別增加了19. 07%、36. 78%、25. 69%、-4. 38%、51. 19%。當ACL斷裂后,除屈膝90°外半月板襯墊和脛骨假體上的均布應力均大于... 

【文章來源】：醫(yī)用生物力學. 2020,35(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

膝關節(jié)無損模型和單髁置換模型

所建膝關節(jié)有限元無損模型包括股骨、脛骨、腓骨、半月板、股骨軟骨、脛骨軟骨、內外側副韌帶和前后交叉韌帶，模擬人體雙足負重，分析在1 kN載荷下半月板、股骨軟骨和脛骨軟骨的應力分布情況。通過將本文計算結果與前人研究結果對比可知:內外側半月板接觸應力分別為2.96、2.46 MPa，與文獻[15-16]中在相同載荷下模擬結果的變化趨勢相似;內外側脛骨軟骨接觸應力分別為1.88、2.57 MPa，與文獻[17]中脛骨軟骨的結果和文獻[15]中采用有限元分析獲得的最大接觸壓力相近;股骨軟骨接觸應力為2.40 MPa，與文獻[15,18]中的研究結果近似(見圖2)。由于實驗加載條件、材料屬性以及個性化差異等原因導致研究結果之間存在差異，但該差異處于生理范圍之內。2.2 單髁置換假體應力分布

由ACL斷裂模型和正常模型在膝關節(jié)5種屈膝狀態(tài)下的半月板襯墊應力分布可知，ACL斷裂時，半月板襯墊的應力分布范圍基本大于ACL正常組，最大應力在襯墊表面均有分布，且集中于襯墊內側，由中央向四周擴散且逐漸變小，在襯墊與股骨假體接觸處呈現(xiàn)最大應力。屈膝0°時，ACL斷裂組從內側壁開始出現(xiàn)應力集中;屈膝30°、60°和90°時，最大應力在襯墊表面和內側壁均有分布，其中屈膝60°時集中區(qū)域最小;半月板襯墊與股骨假體末端在屈膝120°時近似于點接觸，使得半月板襯墊應力分布由一點向周圍擴散(見圖3)。2.2.2 脛骨假體應力分布

【參考文獻】：
期刊論文
[1]單髁置換術后膝關節(jié)內外側間室應力變化有限元分析[J]. 賈笛,李彥林,楊齡堅,蒙旭晗,何川.  中國運動醫(yī)學雜志. 2017(10)
[2]活動平臺單髁膝關節(jié)置換三維有限元模型的建立[J]. 朱廣鐸,郭萬首,程立明,劉朝暉,張啟棟.  中國矯形外科雜志. 2015(21)
[3]三維有限元法分析膝關節(jié)內側副韌帶的生物力學功能[J]. 王海鵬,王友,容可,鐘硯琳.  醫(yī)用生物力學. 2012(01)

博士論文
[1]基于三維有限元方法探索ACL斷裂后脛股關節(jié)軌跡異常對半月板和軟骨應力分布的影響[D]. 陳凱寧.第三軍醫(yī)大學 2013
[2]高屈曲狀態(tài)下膝關節(jié)生物力學研究[D]. 齊瑋.中國人民解放軍醫(yī)學院 2013
[3]膝關節(jié)力學建模與屈曲運動生物力學特性研究[D]. 王建平.上海交通大學 2010



本文編號：3400021