正常膝关节和人工膝关节髌股关节高屈曲运动特性及其比较分析

摘要

目的分析人体正常膝关节和人工膝关节高屈曲活动下髌股关节的运动,为膝关节髌股关节运动特性研究提供参考。方法建立包括膝关节骨组织和主要软组织在内的正常膝关节以及人工膝关节的动态有限元模型,采用三束股四头肌肌力非同步变力加载的方式,对膝关节下蹲运动中髌股关节的运动特性进行研究,并与相关研究结果进行对比分析。结果通过有限元分析,获得高屈曲膝关节三维运动的相对运动参数。髌股关节在位移和旋转均呈现出相同的运动趋势,同时,存在局部的差异,在低屈曲时,人工髌股关节表现出先外倾后内倾的运动趋势,而正常髌股关节表现出持续内倾的运动特性。结论通过仿真和对比分析,人体髌股关节的运动数据总体趋势近似,同时存在差异。对于正常膝关节,差异的原因主要在于髌骨运动各个方向上和不同屈曲度时的约束程度的改变;对于人工膝关节,差异主要来源于膝关节型面和结构的改变,以及坐标系定义、在体和离体差异、负荷加载差异。