全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后關(guān)節(jié)線變化對髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)影響的有限元分析.pdf

1、研究背景:無論是膝關(guān)節(jié)初次置換還是翻修手術(shù)，關(guān)節(jié)線改變的發(fā)生率均很高，而且很多回顧性分析發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)線升高與膝前痛、關(guān)節(jié)活動受限有相關(guān)性。關(guān)節(jié)線改變后髕股關(guān)節(jié)的正常對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化，導(dǎo)致伸膝裝置的受力狀態(tài)、髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力及髕骨的運(yùn)動軌跡發(fā)生改變，影響伸膝裝置組織張力及關(guān)節(jié)活動度。TKR關(guān)節(jié)線改變后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動更為復(fù)雜，研究難度增加。正因為如此，關(guān)節(jié)線改變對髕股關(guān)節(jié)影響的相關(guān)研究很少，且絕大多數(shù)研究局限于臨床隨訪分析，結(jié)果差別很大。究竟關(guān)節(jié)線改變

2、對髕股關(guān)節(jié)有何影響？程度如何？這些問題至今并無定論，值得深入研究。
　　 研究髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)變化，首先要解決的問題是特定條件下髕股關(guān)節(jié)的對位問題。在以往的此類研究中，無論采用尸體研究、數(shù)學(xué)模型研究、二維模型研究還是三有限元模型分析，均離不開影像定位或循跡研究，使很多特定條件下的研究無法進(jìn)行。而且，由于建立的模型需要實(shí)體校正，不同研究者建立的研究模型各不相同，即使采用同樣條件和方法所得結(jié)果也不具可比性。因此，有必要建立不依賴于標(biāo)

3、本和影像校正的、標(biāo)準(zhǔn)的三維有限元模型，以分析特定條件下的生物力學(xué)變化。
　　 目的:
　　 1、探討不需標(biāo)本和影像校正的髕股關(guān)節(jié)模型對位方法，并驗證其有效性；
　　 2、利用公共數(shù)據(jù)建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，用軟件模擬的方法，分析TKR后膝關(guān)節(jié)線變化對伸膝裝置和髕股關(guān)節(jié)力學(xué)等的影響。
　　 方法:
　　 1、建模：利用CT掃描數(shù)據(jù)建立膝關(guān)節(jié)三維有限元骨骼模型，與假體裝配后形成TKA后的膝關(guān)節(jié)模型。

4、然后結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，直接用數(shù)學(xué)模型模擬髕韌帶和股四頭肌腱，將髕韌帶和股四頭肌腱定義為非線性纜索單元，根據(jù)解剖學(xué)資料定義起止點(diǎn)。
　　 2、(1)選取志愿者行CT、MRI掃描后建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，根據(jù)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)律，定義髕股關(guān)節(jié)、脛股關(guān)節(jié)間的運(yùn)動約束條件，在軟件環(huán)境下加載至模型分析髕股關(guān)節(jié)在特定的膝關(guān)節(jié)屈曲角度時的對位情況；(2)為志愿者拍攝特定角度的正交X線片，采用雙平面模型對位方法確定髕股關(guān)節(jié)關(guān)系，然后分析特定角度下髕骨

5、與股骨的對位情況。對比二者結(jié)果，檢驗?zāi)Ｐ退虞d約束條件的合理性。
　　 3、利用建立的TKA后的膝關(guān)節(jié)模型，加載經(jīng)過驗證的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動約束條件，分析TKA后關(guān)節(jié)線變化對伸膝裝置、髕股關(guān)節(jié)的力學(xué)影響。
　　 結(jié)果:
　　 1、建立了基于公共數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的膝關(guān)節(jié)三維有限元模型及TKA后的膝關(guān)節(jié)模型，髕韌帶及股四頭肌腱直接用非線性纜索單元模擬，結(jié)構(gòu)簡單、仿真性強(qiáng)；
　　 2、合理約束條件下模型仿真計算與X線結(jié)合雙平

6、面對位方法所測的髕股關(guān)節(jié)接觸位置及接觸面積無顯著性差異；
　　 3、當(dāng)關(guān)節(jié)線降低時，股四頭肌拉力、髕韌帶拉力及髕股關(guān)節(jié)間作用力小幅減小或增加，而當(dāng)關(guān)節(jié)線改變抬高超過4mm時，股四頭肌拉力、髕韌帶拉力及髕股關(guān)節(jié)間作用力明顯增大。
　　 結(jié)論:
　　 1、本文提出的建模方法簡便、快捷、仿真度高，且具有普遍性的優(yōu)點(diǎn)，為不同研究者為生物力學(xué)模型建立提供了新思路；
　　 2、經(jīng)驗證，根據(jù)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)律定義的髕股關(guān)