全膝關節(jié)置換術中脛骨截骨厚度對脛骨截面生物力學影響的分析.pdf

1、目的：
　　在關節(jié)外科領域，人工全膝關節(jié)置換術已經(jīng)成為治療膝關節(jié)疾患的常用手段，特別是對晚期嚴重病變的膝關節(jié)來說，已經(jīng)是常規(guī)的手術方法。人工全膝關節(jié)置換術后患者在很大程度上能夠緩解疼痛，恢復功能和提高生活質量。目前在全膝關節(jié)置換術中，依據(jù)病變程度、軟組織平衡、屈伸間隙平衡和醫(yī)生經(jīng)驗等多種因素來決定脛骨的截骨厚度，因此術中的截骨厚度是具有差異的，這個差異大約有4mm。以往有研究表明距離脛骨平臺遠近的不同，關節(jié)面的強度是不同的。而脛骨

2、截面強度的大小、假體-脛骨間的生物力學變化、軟組織情況以及術后活動等多種因素與假體的松動下沉關系密切，假體的松動下沉又直接影響假體的壽命和手術的遠期效果。因此獲得不同截骨厚度及不同活動狀態(tài)下脛骨截面的生物力學情況，以考察脛骨截骨面的生物力學變化，為臨床膝關節(jié)置換術脛骨截骨厚度和探索延長術后假體壽命提供理論基礎。
　　方法：
　　1數(shù)據(jù)采集和三維重建
　　正常青年志愿者7位，男2例，女5例，年齡23-26歲，既往無下肢關

3、節(jié)疾病及外傷史，對其左下肢行CT薄層掃描，將所得數(shù)據(jù)存儲為DICOM3.0格式并導入三維重建軟件Mimics10.0中，通過標記方位、設定閾值、區(qū)域增長、創(chuàng)建輪廓線、填補空洞、重建等步驟重建左下肢骨性三維模型。
　　2模擬手術截骨
　　將重建好的下肢三維模型導入逆向工程軟件 Geomagic Studio12.0中，尋找出膝關節(jié)中心、踝關節(jié)中心、脛骨機械軸和脛骨截骨基準平面。在截骨基準平面的基礎上，沿著脛骨機械軸往下分別按照

4、0mm、5mm、7mm、9mm四種厚度進行截骨。
　　3脛骨近端材料屬性賦值
　　將截骨后脛骨模型先后導回三維重建軟件Mimics和有限元分析軟件 Ansys中，分別對模型進行面網(wǎng)格劃分和體網(wǎng)格劃分，劃分后寫出prep7文件、nodes文件和elements文件備用。在Mimics中利用均勻賦值法對模型進行10種材料賦值。
　　4脛骨截面的生物力學分析
　　將賦值好的脛骨模型重新導入 Ansys中，對模型進行單位

5、統(tǒng)一、施加自由度約束、施加載荷、求解等步驟對截骨后脛骨模型進行有限元分析。本實驗對不同生活狀態(tài)下單個膝關節(jié)受力情況進行生物力學分析。
　　結果：
　　1成功重建了下肢三維骨性模型，模型清晰，逼真，能夠真實反應下肢骨的骨性標志和形態(tài)。并模擬全膝關節(jié)置換術，對脛骨近端進行了不同厚度的截骨
　　2成功的對脛骨模型進行了10種材料屬性的賦值，能夠較好的反應脛骨真實的生物力學特性。
　　3脛骨截骨面的有限元分析結果顯示在相

6、同活動狀態(tài)下，隨著截骨厚度的增加，脛骨截骨面的最大應力和位移呈增長趨勢。在同一截骨厚度下，隨著活動強度的增強，脛骨截面的最大應力和位移總體上呈增長趨勢。其中脛骨截骨面在截骨9mm和上樓這一活動狀態(tài)下的位移和應力達到最大。
　　結論：
　　在實施全膝關節(jié)置換術時，脛骨截骨厚度增大，其截面的應力及應變也增大；術后膝關節(jié)活動強度的增強也會導致脛骨截面的應力應變增大。因此，術中應避免過多截骨、術后應避免高強度的活動，以減少脛骨平臺的