假体位置改变对膝关节置换术后胫骨平台表面应力分布的影响

摘要

目的：研究股骨、胫骨假体位置改变对膝关节置换术后胫骨平台表面应力分布的影响。rn 方法：使用正常成人下肢全长CT影像数据建立三维立体模型。在MIMICS10.01软件环境下导入DELUXE膝关节假体数字模型，进行模拟人工膝关节置换。在冠状面改变股骨、胫骨假体内/外翻角度，包括内翻3°、内翻5°、内翻7°和外翻3°、外翻5°、外翻7°。分析假体内外翻位置改变对下肢机械轴位置的影响。按下肢机械轴内翻、正常、外翻分成三组模型，即下肢机械轴线内翻组、下肢机械轴线正常组和下肢机械轴线外翻组。将上述模型导入Abaqus6.8有限元分析软件，从股骨头向踝关节施加压力(分别为300N，1800N)，模拟下肢负重状态。分析假体位置改变对胫骨平台应力分布的影响。使用下肢全长新鲜冷冻尸体标本，置换膝关节，建立下肢负重模型。通过改变股骨和胫骨假体内外翻角度，包括内翻3°、内翻5°和外翻3°、外翻5°。拍摄下肢全长X线片，分析假体位置改变对下肢机械轴线的影响。在下肢模拟负重力学实验支架上从标本股骨头向踝关节施加压力，分别为3kg，6kg，9kg，12kg。使用美国NK生物技术公司压力测试设备测量胫骨平台内外侧压力变化情况。分析假体位置对胫骨平台表面压力分布情况的影响。rn 结果：股骨、胫骨假体在冠状面的内外翻角度改变导致下肢机械轴内翻或外翻。股骨和胫骨内、外翻角度进行合适的组合可以保持下肢机械轴线正常。下肢机械轴线内、外翻导致胫骨平台表面在相应的内侧或外侧出现应力集中，达到应力峰值，机械轴线正常胫骨平台表面应力分布合理，不出现应力集中。应力分布的改变与下肢机械轴线改变相关，而与单独股骨或胫骨内、外翻角度大小无关。rn 结论：股骨和胫骨假体在冠状面内、外翻角度改变都会影响膝关节置换术后下肢机械轴线的位置。胫骨平台表面应力分布是否出现应力集中与下肢机械轴线变化有关。单独研究股骨或胫骨假体位置改变可能不能反映膝关节置换术后的负重状态。