全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中脛骨截骨厚度對(duì)脛骨截面生物力學(xué)影響的分析.pdf

1、目的：
　　在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域，人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)已經(jīng)成為治療膝關(guān)節(jié)疾患的常用手段，特別是對(duì)晚期嚴(yán)重病變的膝關(guān)節(jié)來說，已經(jīng)是常規(guī)的手術(shù)方法。人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者在很大程度上能夠緩解疼痛，恢復(fù)功能和提高生活質(zhì)量。目前在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)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(yàn)等多種因素來決定脛骨的截骨厚度，因此術(shù)中的截骨厚度是具有差異的，這個(gè)差異大約有4mm。以往有研究表明距離脛骨平臺(tái)遠(yuǎn)近的不同，關(guān)節(jié)面的強(qiáng)度是不同的。而脛骨

2、截面強(qiáng)度的大小、假體-脛骨間的生物力學(xué)變化、軟組織情況以及術(shù)后活動(dòng)等多種因素與假體的松動(dòng)下沉關(guān)系密切，假體的松動(dòng)下沉又直接影響假體的壽命和手術(shù)的遠(yuǎn)期效果。因此獲得不同截骨厚度及不同活動(dòng)狀態(tài)下脛骨截面的生物力學(xué)情況，以考察脛骨截骨面的生物力學(xué)變化，為臨床膝關(guān)節(jié)置換術(shù)脛骨截骨厚度和探索延長術(shù)后假體壽命提供理論基礎(chǔ)。
　　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(guān)

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

4、0mm、5mm、7mm、9mm四種厚度進(jìn)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(dǎo)回三維重建軟件Mimics和有限元分析軟件 Ansys中，分別對(duì)模型進(jìn)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(duì)模型進(jìn)行10種材料賦值。
　　4脛骨截面的生物力學(xué)分析
　　將賦值好的脛骨模型重新導(dǎo)入 Ansys中，對(duì)模型進(jìn)行單位

5、統(tǒng)一、施加自由度約束、施加載荷、求解等步驟對(duì)截骨后脛骨模型進(jìn)行有限元分析。本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同生活狀態(tài)下單個(gè)膝關(guān)節(jié)受力情況進(jìn)行生物力學(xué)分析。
　　結(jié)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(shí)反應(yīng)下肢骨的骨性標(biāo)志和形態(tài)。并模擬全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，對(duì)脛骨近端進(jìn)行了不同厚度的截骨
　　2成功的對(duì)脛骨模型進(jìn)行了10種材料屬性的賦值，能夠較好的反應(yīng)脛骨真實(shí)的生物力學(xué)特性。
　　3脛骨截骨面的有限元分析結(jié)果顯示在相

6、同活動(dòng)狀態(tài)下，隨著截骨厚度的增加，脛骨截骨面的最大應(yīng)力和位移呈增長趨勢(shì)。在同一截骨厚度下，隨著活動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，脛骨截面的最大應(yīng)力和位移總體上呈增長趨勢(shì)。其中脛骨截骨面在截骨9mm和上樓這一活動(dòng)狀態(tài)下的位移和應(yīng)力達(dá)到最大。
　　結(jié)論：
　　在實(shí)施全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)，脛骨截骨厚度增大，其截面的應(yīng)力及應(yīng)變也增大；術(shù)后膝關(guān)節(jié)活動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)也會(huì)導(dǎo)致脛骨截面的應(yīng)力應(yīng)變?cè)龃?。因此，術(shù)中應(yīng)避免過多截骨、術(shù)后應(yīng)避免高強(qiáng)度的活動(dòng)，以減少脛骨平臺(tái)的