全膝关节置换术中胫骨截骨厚度对胫骨截面生物力学影响的分析

发布时间：2017-11-05 05:42

本文关键词：全膝关节置换术中胫骨截骨厚度对胫骨截面生物力学影响的分析

【摘要】：目的在关节外科领域,人工全膝关节置换术已经成为治疗膝关节疾患的常用手段,特别是对晚期严重病变的膝关节来说,已经是常规的手术方法。人工全膝关节置换术后患者在很大程度上能够缓解疼痛,恢复功能和提高生活质量。目前在全膝关节置换术中,依据病变程度、软组织平衡、屈伸间隙平衡和医生经验等多种因素来决定胫骨的截骨厚度,因此术中的截骨厚度是具有差异的,这个差异大约有4mm。以往有研究表明距离胫骨平台远近的不同,关节面的强度是不同的。而胫骨截面强度的大小、假体-胫骨间的生物力学变化、软组织情况以及术后活动等多种因素与假体的松动下沉关系密切,假体的松动下沉又直接影响假体的寿命和手术的远期效果。因此获得不同截骨厚度及不同活动状态下胫骨截面的生物力学情况,以考察胫骨截骨面的生物力学变化,为临床膝关节置换术胫骨截骨厚度和探索延长术后假体寿命提供理论基础。方法1数据采集和三维重建正常青年志愿者7位,男2例,女5例,年龄23-26岁,既往无下肢关节疾病及外伤史,对其左下肢行ct薄层扫描,将所得数据存储为dicom3.0格式并导入三维重建软件mimics10.0中,通过标记方位、设定阈值、区域增长、创建轮廓线、填补空洞、重建等步骤重建左下肢骨性三维模型。2模拟手术截骨将重建好的下肢三维模型导入逆向工程软件geomagicstudio12.0中,寻找出膝关节中心、踝关节中心、胫骨机械轴和胫骨截骨基准平面。在截骨基准平面的基础上,沿着胫骨机械轴往下分别按照0mm、5mm、7mm、9mm四种厚度进行截骨。3胫骨近端材料属性赋值将截骨后胫骨模型先后导回三维重建软件mimics和有限元分析软件ansys中,分别对模型进行面网格划分和体网格划分,划分后写出prep7文件、nodes文件和elements文件备用。在mimics中利用均匀赋值法对模型进行10种材料赋值。4胫骨截面的生物力学分析将赋值好的胫骨模型重新导入ansys中,对模型进行单位统一、施加自由度约束、施加载荷、求解等步骤对截骨后胫骨模型进行有限元分析。本实验对不同生活状态下单个膝关节受力情况进行生物力学分析。结果1成功重建了下肢三维骨性模型,模型清晰,逼真,能够真实反应下肢骨的骨性标志和形态。并模拟全膝关节置换术,对胫骨近端进行了不同厚度的截骨2成功的对胫骨模型进行了10种材料属性的赋值,能够较好的反应胫骨真实的生物力学特性。3胫骨截骨面的有限元分析结果显示在相同活动状态下,随着截骨厚度的增加,胫骨截骨面的最大应力和位移呈增长趋势。在同一截骨厚度下,随着活动强度的增强,胫骨截面的最大应力和位移总体上呈增长趋势。其中胫骨截骨面在截骨9mm和上楼这一活动状态下的位移和应力达到最大。结论在实施全膝关节置换术时,胫骨截骨厚度增大,其截面的应力及应变也增大;术后膝关节活动强度的增强也会导致胫骨截面的应力应变增大。因此,术中应避免过多截骨、术后应避免高强度的活动,以减少胫骨平台的应力及应变,从而有利于假体的长期寿命。
【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R687.4

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 陈清;李杏芮;盛华均;吕发金;;三维模型中踝关节中心定位的研究[J];中国临床解剖学杂志;2016年02期

2 王磊;孙振辉;孙云波;张东亮;田孟强;冯世庆;;屈膝90°外侧胫股关节间隙确定内翻膝人工全膝关节置换术胫骨截骨量的临床研究[J];中国修复重建外科杂志;2014年12期

3 刘子越;王辅忠;;人体膝关节三维有限元模型的建立[J];中国中医骨伤科杂志;2014年11期

4 胡慧婷;李新宇;陈维毅;高志鹏;;股骨有限元建模及相应的生物力学分析[J];中北大学学报(自然科学版);2014年05期

5 刘小龙;王朝晖;熊波;曾敏川;;基于CT及逆向工程软件构建正常人体骨盆三维有限元模型[J];中国组织工程研究;2014年40期

6 徐志才;胡广洪;黄振宇;徐卿荣;;胫骨模型对膝关节有限元分析结果影响的探讨[J];中国数字医学;2014年04期

7 彭溡侨;张占磊;钟世镇;何二兴;;虚拟置换后的膝关节力学分析[J];中国组织工程研究;2013年52期

8 孙振辉;刘军;田峥巍;张宇;王磊;孙云波;;间隙平衡技术在全膝关节置换术中应用的中期随访研究[J];中国矫形外科杂志;2013年13期

9 张绪树;郭媛;安美文;陈维毅;;不同运动状态下国产人工膝关节接触压力分布有限元分析[J];计算机辅助工程;2013年02期

10 李鹏;梁瑞;申龙朵;龙洁;田卫东;汤炜;;应用Mimics和ANSYS软件建立下颌骨三维有限元模型的方法学研究[J];实用口腔医学杂志;2012年06期