肥胖患者膝關節(jié)置換中脛骨延長桿對脛骨應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，患有膝關節(jié)骨性關節(jié)炎的肥胖患者人群的數(shù)量逐漸增加。膝關節(jié)置換術是治療骨性關節(jié)炎的有效手段。在肥胖患者進行膝關節(jié)置換過程中使用脛骨延長桿可以有效降低術后無菌性松動的發(fā)生率。但是，對不同長度的脛骨延長桿對脛骨應力分布的影響研究較少。本研究旨在通過有限元素分析的方法研究患有骨性關節(jié)炎的肥胖患者在膝關節(jié)置換中，脛骨側使用不同長度延長桿對脛骨平臺應力分布以及脛骨應力遮擋的影響。
　　方法：
　

2、　1.對一女性骨性關節(jié)炎患者行脛骨計算機斷層掃描，利用Mimics15.0進行影像學數(shù)據(jù)處理以及三維重建，導出其脛骨三維實體模型并以 STL格式導入Unigraphics NX8.5中按照膝關節(jié)置換操作進行模擬手術，建立其脛骨截骨后的三維實體模型，并在軟件中導入膝關節(jié)假體脛骨側及30mm、60mm和100mm延長桿。通過FEMAP有限元軟件對各組三維模型進行網格劃分、各部分材料屬性賦值、確定坐標系、加載載荷和邊界條件，建立三維動態(tài)有限元

3、模型。
　　2.虛擬脛骨假體與不同長度延長桿配對的模型，對照組A為標準脛骨平臺，平臺下端無延長桿連接，實驗組B用標準脛骨平臺假體與30mm延長桿連接。實驗組C為標準脛骨平臺假體與60mm延長桿連接。實驗組D為標準平臺假體與100mm延長桿相連接。各組模型相互獨立。通過FEMAP有限元軟件計算四組三維動態(tài)有限元模型假體接觸的生物力學特性。
　　結果：
　　1.在標準平臺與3組不同長度的實驗組中，各組脛骨假體翼面與平臺底面

4、相交外側局部應力最高。脛骨假體翼兩側應力較高，在標準平臺上（0mm）其應力最大，44.32±2.26MPa。在使用30mm、60mm、及100mm延長桿時，應力值分別為37.93±1.25MPa、34.62±3.85MPa和36.70±2.97MPa。三組實驗組比對照組應力值明顯減小，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），各組實驗組之間無統(tǒng)計學差異。
　　2.在對照組A、實驗組B與實驗組C的模型中，脛骨平臺內側應力分別指4.09±0.

5、85MPa，3.98±0.73MPa和3.88±0.80MPa，三組模型中差異無統(tǒng)計學意義，而在實驗組D（100mm延長桿）中，內側平臺應力明顯下降為1.55±0.29MPa，與其他其他三組之間差異有統(tǒng)計學意義。在對照組A和實驗組B模型中，脛骨后側平臺所受應力為11.68±1.01MPa和10.34±2.05，兩組之間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），A、B兩組分別與實驗組C、D有在后側平臺應力上差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。實驗組

6、C、D之間后側平臺之間無明顯統(tǒng)計學差異。
　　3.在對照組A(0mm標準平臺)中，距離脛骨平臺24.2cm處應力達到峰值，為43.3MPa。在實驗組模型中，延長桿的使用并沒有改變這種軸向傳導應力模式，但將應力峰值的位置向遠端傳導，使用30mm、60mm和100mm延長桿時應力峰值逐步增加，分別達到60.52MPa、66.31MPa和78.61MPa，其位置距離脛骨平臺分別為26.6cm、28.3cm和30.6cm。
　　4.

7、三個實驗組中，不同長度的延長桿置換后脛骨近端骨皮質的應力相應減小，以100mm延長桿組減少最為顯著。100mm延長桿組中應力遮擋較大的區(qū)域位于距離基座6cm以內，最大達82.39％；60mm延長桿組中，應力遮擋最大值的區(qū)域距離基座6cm以內，最大67.83%；30mm延長桿中，最大應力遮擋區(qū)域與基座距離2cm以內，最大應力遮擋率為39.48%。三者具有統(tǒng)計學差異。
　　結論：
　　延長桿的使用可以在一定程度上分散脛骨平臺應力