有限元法分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建的影响

王海羽; 王挺

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.35.002

摘要：背景：关于全膝关节置换生物力学方面的研究比较多，但有关有限元分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建影响的研究不多。<br>　　目的：有限元法分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建的影响。<br>　　方法：设计两种材料的膝关节模型，一种为胶原蛋白和钛合金复合材料的功能梯度材料模型，一种为钛合金材料模型，分别建立2种假体材料的胫骨-膝关节假体模型，分析膝关节置换后胫骨近端骨密度分布、胫骨内侧和胫骨外侧的最大应力值、胫骨内侧与假体交界处以及胫骨外侧与假体交界处的最大应力值。<br>　　结果与结论：①全膝关节置换后胫骨近端骨密度分布：膝关节假体柄和胫骨平台交界处的胫骨内侧和胫骨外侧的骨密度均比初始状态下降，其中钛合金-胶原蛋白假体模型的应力遮挡作用较钛合金组弱。而假体柄末端胫骨的骨密度较胫骨内侧和胫骨外侧明显增加，出现应力集中现象，其中钛合金假体模型的最大应力较钛合金-胶原蛋白假体模型大；②胫骨内侧和胫骨外侧最大应力：钛合金-胶原蛋白假体模型较钛合金假体模型低，2种假体模型的股骨外侧最大应力值均小于胫骨内侧；③胫骨内侧、胫骨外侧与假体交界处的最大应力：钛合金-胶原蛋白假体模型的应力分布比较均匀；而钛合金假体模型的应力分布出现波动，在托盘和假体柄交界处、假体柄末端等地方出现应力集中现象，2种假体模型的胫骨外侧与假体交界处最大应力值小于胫骨内侧与假体交界处；④结果表明，全膝关节置换后，膝关节假体对胫骨有一定的应力遮挡作用，钛合金-胶原蛋白假体材料假体的应力遮挡作用比钛合金假体弱，能够提高胫骨所承担的应力。