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目的随着人民生活水平的提高,患有膝关节骨性关节炎的肥胖患者人群的数量逐渐增加。膝关节置换术是治疗骨性关节炎的有效手段。在肥胖患者进行膝关节置换过程中使用胫骨延长杆可以有效降低术后无菌性松动的发生率。但是,对不同长度的胫骨延长杆对胫骨应力分布的影响研究较少。本研究旨在通过有限元素分析的方法研究患有骨性关节炎的肥胖患者在膝关节置换中,胫骨侧使用不同长度延长杆对胫骨平台应力分布以及胫骨应力遮挡的影响。方法1.对一女性骨性关节炎患者行胫骨计算机断层扫描,利用Mimics15.0进行影像学数据处理以及三维重建,导出其胫骨三维实体模型并以STL格式导入Unigraphics NX8.5中按照膝关节置换操作进行模拟手术,建立其胫骨截骨后的三维实体模型,并在软件中导入膝关节假体胫骨侧及30mm、60mm和100mm延长杆。通过FEMAP有限元软件对各组三维模型进行网格划分、各部分材料属性赋值、确定坐标系、加载载荷和边界条件,建立三维动态有限元模型。2.虚拟胫骨假体与不同长度延长杆配对的模型,对照组A为标准胫骨平台,平台下端无延长杆连接,实验组B用标准胫骨平台假体与30mm延长杆连接。实验组C为标准胫骨平台假体与60mm延长杆连接。实验组D为标准平台假体与100mm延长杆相连接。各组模型相互独立。通过FEMAP有限元软件计算四组三维动态有限元模型假体接触的生物力学特性。结果1.在标准平台与3组不同长度的实验组中,各组胫骨假体翼面与平台底面相交外侧局部应力最高。胫骨假体翼两侧应力较高,在标准平台上(0mm)其应力最大,44.32±2.26MPa。在使用30mm、60mm、及100mm延长杆时,应力值分别为37.93±1.25MPa、34.62±3.85MPa和36.70±2.97MPa。三组实验组比对照组应力值明显减小,差异有统计学意义(P<0.05),各组实验组之间无统计学差异。2.在对照组A、实验组B与实验组C的模型中,胫骨平台内侧应力分别指4.09±0.85MPa,3.98±0.73MPa和3.88±0.80MPa,三组模型中差异无统计学意义,而在实验组D(100mm延长杆)中,内侧平台应力明显下降为1.55±0.29MPa,与其他其他三组之间差异有统计学意义。在对照组A和实验组B模型中,胫骨后侧平台所受应力为11.68±1.01MPa和10.34±2.05,两组之间差异有统计学意义(P<0.05),A、B两组分别与实验组C、D有在后侧平台应力上差异有统计学意义(P<0.05)。实验组C、D之间后侧平台之间无明显统计学差异。3.在对照组A(0mm标准平台)中,距离胫骨平台24.2cm处应力达到峰值,为43.3MPa。在实验组模型中,延长杆的使用并没有改变这种轴向传导应力模式,但将应力峰值的位置向远端传导,使用30mm、60mm和100mm延长杆时应力峰值逐步增加,分别达到60.52MPa、66.31MPa和78.61MPa,其位置距离胫骨平台分别为26.6cm、28.3cm和30.6cm。4.三个实验组中,不同长度的延长杆置换后胫骨近端骨皮质的应力相应减小,以100mm延长杆组减少最为显著。100mm延长杆组中应力遮挡较大的区域位于距离基座6cm以内,最大达82.39%;60mm延长杆组中,应力遮挡最大值的区域距离基座6cm以内,最大67.83%;30mm延长杆中,最大应力遮挡区域与基座距离2cm以内,最大应力遮挡率为39.48%。三者具有统计学差异。结论延长杆的使用可以在一定程度上分散胫骨平台应力;延长杆均对胫骨近端形成不同程度的应力遮挡,较长延长杆更为明显;延长杆使应力向胫骨远端传导,延长杆较长时,会使胫骨中下段应力集中,增加术后胫骨中下段疼痛发生率;膝关节置换中,增加延长杆对胫骨平台前侧和外侧应力无明显影响,较长延长杆会分散胫骨平台内侧应力,而使用较短延长杆就可以明显减少胫骨平台后侧应力。