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目的:国内的专家团队设计了一款新型掌指关节假体,该假体采用关节面接触、螺纹柄固定的设计,其目的是为了降低假体断裂及周围骨折的风险及保证假体的稳固固定。本试验拟通过三维有限元分析的方法对该假体的生物力学特性进行分析,通过对该新型假体与Swanson假体进行生物力学特性的对比,验证其设计方案的有效性。方法:1、建立第3掌指关节三维有限元模型:对一位健康成年男性的右手进行功能位的高分辨率CT摄像,将获取的CT数据导入到Mimics软件中,初步建立第三掌指关节三维模型。将模型导入到Geomogic Studio2013中进行精细化处理,并将结果导入到Ansys12.0软件中,经材料赋值等操作后建立第3掌指关节的三维有限元模型。2、建立两种假体的三维有限元模型:将新型螺纹柄式掌指关节假体的设计数据导入到Geomogic Studio2013软件中,经过一系列的精细处理,再将得到的数据结果导入到Ansys12.0中,经过网格划分等操作后,建立新型螺纹柄式掌指关节假体的三维有限元模型。对Swanson假体进行精确测量,将测量结果输入到Ansys12.0软件中,通过软件的Workbench模块,建立Swanson假体的三维有限元模型。3、对两种假体的三维有限元模型进行分析:按照每种假体关节置换术的手术方法,完成新型螺纹柄式掌指关节假体、Swanson假体与第3掌指关节三维有限元模型的匹配。以第3掌骨基底为不动点,在中指近节指骨的远端施加一个平行于指骨长轴的200N的负荷,计算和分析两种假体在不同的屈伸角度下的应力分布和变化情况;计算两种假体置换术后的掌指关节在不同屈伸角度下假体旋转中心处的应力值;计算两种假体置换术后的掌指关节在负荷分别为20N、40N、60N、80N、100N、120N、140N、160N、180N、200N条件下假体柄部与骨髓腔接触部位产生的剪切力及相对位移。结果:(1)利用Mimics、Geomogic Studio2013、Ansys12.0软件和高分辨率CT数据,建立了第3掌指关节三维有限元模型。将新型螺纹柄式掌指关节假体的设计数据导入到Geomogic Studio2013中,经过精细化处理后并将数据导入到Ansys12.0软件中,建立了新型螺纹柄式掌指关节假体的有限元模型。利用经过精确测量的Swanson假体数据在Workbench模块中建立了Swanson假体的有限元模型。(2)在200N的负荷下,在屈曲90°到背伸50°的范围内,Swanson假体的应力中心发生了迁移,而新型螺纹柄式掌指关节假体的应力集中始终出现在关节面处;在屈曲90°到背伸50°的范围内,新型螺纹柄式掌指关节假体旋转中心处的应力值始终小于Swanson假体;两种假体在相同的矢量负荷下,Swanson假体在髓腔内发生明显的滑动位移,而新型螺纹柄式掌指关节假体在髓腔内未发生明显的滑动位移。结论:新型的螺纹柄式掌指关节假体具有优于Swanson假体的生物力学特性,该假体的应力集中区主要位于关节面,减少了应力向假体柄的分散,降低了假体柄断裂的可能,并且假体柄的应力向两端均匀衰减,可降低假体周围骨折的风险。置换术后的患者可以在正常关节屈伸范围内自由活动关节而不对假体的关节面产生损伤。假体柄螺纹式的设计可使假体在髓腔内稳固固定,不易松动,以延长假体的使用寿命。新型螺纹柄式掌指关节假体的设计方式合理有效。