肥胖患者膝關(guān)節(jié)置換中脛骨延長(zhǎng)桿對(duì)脛骨應(yīng)力分布影響的有限元研究.pdf

1、目的：
　　隨著人民生活水平的提高，患有膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的肥胖患者人群的數(shù)量逐漸增加。膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療骨性關(guān)節(jié)炎的有效手段。在肥胖患者進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換過(guò)程中使用脛骨延長(zhǎng)桿可以有效降低術(shù)后無(wú)菌性松動(dòng)的發(fā)生率。但是，對(duì)不同長(zhǎng)度的脛骨延長(zhǎng)桿對(duì)脛骨應(yīng)力分布的影響研究較少。本研究旨在通過(guò)有限元素分析的方法研究患有骨性關(guān)節(jié)炎的肥胖患者在膝關(guān)節(jié)置換中，脛骨側(cè)使用不同長(zhǎng)度延長(zhǎng)桿對(duì)脛骨平臺(tái)應(yīng)力分布以及脛骨應(yīng)力遮擋的影響。
　　方法：
　

2、　1.對(duì)一女性骨性關(guān)節(jié)炎患者行脛骨計(jì)算機(jī)斷層掃描，利用Mimics15.0進(jìn)行影像學(xué)數(shù)據(jù)處理以及三維重建，導(dǎo)出其脛骨三維實(shí)體模型并以 STL格式導(dǎo)入U(xiǎn)nigraphics NX8.5中按照膝關(guān)節(jié)置換操作進(jìn)行模擬手術(shù)，建立其脛骨截骨后的三維實(shí)體模型，并在軟件中導(dǎo)入膝關(guān)節(jié)假體脛骨側(cè)及30mm、60mm和100mm延長(zhǎng)桿。通過(guò)FEMAP有限元軟件對(duì)各組三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、各部分材料屬性賦值、確定坐標(biāo)系、加載載荷和邊界條件，建立三維動(dòng)態(tài)有限元

3、模型。
　　2.虛擬脛骨假體與不同長(zhǎng)度延長(zhǎng)桿配對(duì)的模型，對(duì)照組A為標(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺(tái)，平臺(tái)下端無(wú)延長(zhǎng)桿連接，實(shí)驗(yàn)組B用標(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺(tái)假體與30mm延長(zhǎng)桿連接。實(shí)驗(yàn)組C為標(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺(tái)假體與60mm延長(zhǎng)桿連接。實(shí)驗(yàn)組D為標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)假體與100mm延長(zhǎng)桿相連接。各組模型相互獨(dú)立。通過(guò)FEMAP有限元軟件計(jì)算四組三維動(dòng)態(tài)有限元模型假體接觸的生物力學(xué)特性。
　　結(jié)果：
　　1.在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)與3組不同長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)組中，各組脛骨假體翼面與平臺(tái)底面

4、相交外側(cè)局部應(yīng)力最高。脛骨假體翼兩側(cè)應(yīng)力較高，在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上（0mm）其應(yīng)力最大，44.32±2.26MPa。在使用30mm、60mm、及100mm延長(zhǎng)桿時(shí)，應(yīng)力值分別為37.93±1.25MPa、34.62±3.85MPa和36.70±2.97MPa。三組實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組應(yīng)力值明顯減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），各組實(shí)驗(yàn)組之間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　2.在對(duì)照組A、實(shí)驗(yàn)組B與實(shí)驗(yàn)組C的模型中，脛骨平臺(tái)內(nèi)側(cè)應(yīng)力分別指4.09±0.

5、85MPa，3.98±0.73MPa和3.88±0.80MPa，三組模型中差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而在實(shí)驗(yàn)組D（100mm延長(zhǎng)桿）中，內(nèi)側(cè)平臺(tái)應(yīng)力明顯下降為1.55±0.29MPa，與其他其他三組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在對(duì)照組A和實(shí)驗(yàn)組B模型中，脛骨后側(cè)平臺(tái)所受應(yīng)力為11.68±1.01MPa和10.34±2.05，兩組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），A、B兩組分別與實(shí)驗(yàn)組C、D有在后側(cè)平臺(tái)應(yīng)力上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。實(shí)驗(yàn)組

6、C、D之間后側(cè)平臺(tái)之間無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　3.在對(duì)照組A(0mm標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái))中，距離脛骨平臺(tái)24.2cm處應(yīng)力達(dá)到峰值，為43.3MPa。在實(shí)驗(yàn)組模型中，延長(zhǎng)桿的使用并沒(méi)有改變這種軸向傳導(dǎo)應(yīng)力模式，但將應(yīng)力峰值的位置向遠(yuǎn)端傳導(dǎo)，使用30mm、60mm和100mm延長(zhǎng)桿時(shí)應(yīng)力峰值逐步增加，分別達(dá)到60.52MPa、66.31MPa和78.61MPa，其位置距離脛骨平臺(tái)分別為26.6cm、28.3cm和30.6cm。
　　4.

7、三個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，不同長(zhǎng)度的延長(zhǎng)桿置換后脛骨近端骨皮質(zhì)的應(yīng)力相應(yīng)減小，以100mm延長(zhǎng)桿組減少最為顯著。100mm延長(zhǎng)桿組中應(yīng)力遮擋較大的區(qū)域位于距離基座6cm以內(nèi)，最大達(dá)82.39％；60mm延長(zhǎng)桿組中，應(yīng)力遮擋最大值的區(qū)域距離基座6cm以內(nèi)，最大67.83%；30mm延長(zhǎng)桿中，最大應(yīng)力遮擋區(qū)域與基座距離2cm以內(nèi)，最大應(yīng)力遮擋率為39.48%。三者具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論：
　　延長(zhǎng)桿的使用可以在一定程度上分散脛骨平臺(tái)應(yīng)力