全膝關節(jié)置換術后關節(jié)線變化對髕股關節(jié)生物力學影響的有限元分析.pdf

1、研究背景:無論是膝關節(jié)初次置換還是翻修手術，關節(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)關節(jié)線升高與膝前痛、關節(jié)活動受限有相關性。關節(jié)線改變后髕股關節(jié)的正常對應關系發(fā)生變化，導致伸膝裝置的受力狀態(tài)、髕股關節(jié)應力及髕骨的運動軌跡發(fā)生改變，影響伸膝裝置組織張力及關節(jié)活動度。TKR關節(jié)線改變后膝關節(jié)運動更為復雜，研究難度增加。正因為如此，關節(jié)線改變對髕股關節(jié)影響的相關研究很少，且絕大多數(shù)研究局限于臨床隨訪分析，結果差別很大。究竟關節(jié)線改變

2、對髕股關節(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。
　　 研究髕股關節(jié)生物力學變化，首先要解決的問題是特定條件下髕股關節(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行。而且，由于建立的模型需要實體校正，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果也不具可比性。因此，有必要建立不依賴于標

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

4、然后結合文獻數(shù)據(jù)，直接用數(shù)學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)解剖學資料定義起止點。
　　 2、(1)選取志愿者行CT、MRI掃描后建立膝關節(jié)三維有限元模型，根據(jù)膝關節(jié)的運動規(guī)律，定義髕股關節(jié)、脛股關節(jié)間的運動約束條件，在軟件環(huán)境下加載至模型分析髕股關節(jié)在特定的膝關節(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節(jié)關系，然后分析特定角度下髕骨

5、與股骨的對位情況。對比二者結果，檢驗模型所加載約束條件的合理性。
　　 3、利用建立的TKA后的膝關節(jié)模型，加載經過驗證的膝關節(jié)運動約束條件，分析TKA后關節(jié)線變化對伸膝裝置、髕股關節(jié)的力學影響。
　　 結果:
　　 1、建立了基于公共數(shù)據(jù)基礎上的膝關節(jié)三維有限元模型及TKA后的膝關節(jié)模型，髕韌帶及股四頭肌腱直接用非線性纜索單元模擬，結構簡單、仿真性強；
　　 2、合理約束條件下模型仿真計算與X線結合雙平

6、面對位方法所測的髕股關節(jié)接觸位置及接觸面積無顯著性差異；
　　 3、當關節(jié)線降低時，股四頭肌拉力、髕韌帶拉力及髕股關節(jié)間作用力小幅減小或增加，而當關節(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節(jié)間作用力明顯增大。
　　 結論:
　　 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，為不同研究者為生物力學模型建立提供了新思路；
　　 2、經驗證，根據(jù)膝關節(jié)的運動規(guī)律定義的髕股關