肥胖患者膝關(guān)節(jié)置換中脛骨延長桿對脛骨應(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)置換過程中使用脛骨延長桿可以有效降低術(shù)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(yīng)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(guān)節(jié)炎的肥胖患者在膝關(guān)節(jié)置換中，脛骨側(cè)使用不同長度延長桿對脛骨平臺應(yīng)力分布以及脛骨應(yīng)力遮擋的影響。
　　方法：
　

2、　1.對一女性骨性關(guān)節(jié)炎患者行脛骨計算機(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)出其脛骨三維實體模型并以 STL格式導(dǎo)入Unigraphics 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延長桿。通過FEMAP有限元軟件對各組三維模型進(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(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺，平臺下端無延長桿連接，實驗組B用標(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺假體與30mm延長桿連接。實驗組C為標(biāo)準(zhǔn)脛骨平臺假體與60mm延長桿連接。實驗組D為標(biāo)準(zhǔn)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(xué)特性。
　　結(jié)果：
　　1.在標(biāo)準(zhǔn)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(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)平臺上（0mm）其應(yīng)力最大，44.32±2.26MPa。在使用30mm、60mm、及100mm延長桿時，應(yīng)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(yīng)力值明顯減小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），各組實驗組之間無統(tǒng)計學(xué)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(nèi)側(cè)應(yīng)力分別指4.09±0.

5、85MPa，3.98±0.73MPa和3.88±0.80MPa，三組模型中差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而在實驗組D（100mm延長桿）中，內(nèi)側(cè)平臺應(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)計學(xué)意義。在對照組A和實驗組B模型中，脛骨后側(cè)平臺所受應(yīng)力為11.68±1.01MPa和10.34±2.05，兩組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），A、B兩組分別與實驗組C、D有在后側(cè)平臺應(yīng)力上差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。實驗組

6、C、D之間后側(cè)平臺之間無明顯統(tǒng)計學(xué)差異。
　　3.在對照組A(0mm標(biāo)準(zhǔn)平臺)中，距離脛骨平臺24.2cm處應(yīng)力達(dá)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(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延長桿時應(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(zhì)的應(yīng)力相應(yīng)減小，以100mm延長桿組減少最為顯著。100mm延長桿組中應(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)計學(xué)差異。
　　結(jié)論：
　　延長桿的使用可以在一定程度上分散脛骨平臺應(yīng)力