股骨内侧髁软骨不同缺损面积影响周围软骨应力的三维有限元分析

摘要

cqvip:背景:研究发现三维有限元分析可用于膝关节生物学研究,但关于股骨内侧髁不同缺损后周围软骨应力变化的研究不多。目的:探讨膝关节股骨内侧髁软骨发生不同缺损前后周围关节软骨应力的变化趋势,为膝关节股骨内侧髁软骨缺损患者提供生物力学数据。方法:选取正常成人1例建立三维数字有限元模型,在Abaques软件中将己划分好网格的模型录入材料力学特性,约束边界条件及在模型上加载载荷,进行有限元结构非线性计算,首先观察正常膝关节软骨半月板在载荷条件下的应力空间分布,然后观察股骨内侧髁软骨发生不同缺损(0,6,8,10,12,14,16,18,20 mm)后周边软骨在载荷条件下的应力空间分布,分析股骨内侧髁软骨缺损时发生在软骨上的应力改变情况。研究方案获得昆明医科大学第一附属医院伦理委员会批准,试验志愿者对试验过程完全知情同意。结果与结论:①成功定义了模型的材料属性、边界条件及载荷的引入,并得出了膝关节内侧髁软骨发生不同直径缺损时关节软骨的应力云图及其应力数据,经统计分析得到,当股骨内侧髁软骨出现10 mm(面积0.78 cm2)和12 mm(面积1.13 cm2)缺损分别为股骨髁和胫骨平台软骨上的应力较无缺损时有显著性变化;②应用三维有限元法计算得出了在膝关节内侧髁的软骨发生不同直径缺损的情况下膝关节软骨的应力变化趋势;③结果表明股骨内髁直径10 mm(面积0.78 cm2)缺损可能是进行软骨修复手术干预的最小直径。