全膝关节置换术膝关节有限元模型的构建及其力学分析

摘要：

目的 通过多模态CT和MRI影像数据构建复杂人体膝关节有限元模型的研究较少.文中旨在通过CT和MRI影像数据配准融合构建全膝关节置换术(TKA)膝关节有限元模型,进行有限元分析,为TKA膝关节生物力学仿真研究提供模型. 方法 采集连云港市第一人民医院关节外科2016年6月1例26岁正常成年男性左侧膝关节CT和MRI影像数据,导入至Mimics 软件构建膝关节骨性和非骨性结构三维模型.以外部参照点进行模型配准,融合成膝关节三维整体模型.仿真植入TKA假体组件,构建TKA 膝关节三维模型,进一步网格划分,构建TKA膝关节三维有限元模型.对其定义材料属性、确定边界条件和载荷后,进行有限元分析. 结果 通过CT和MRI影像配准融合构建出包含骨骼、韧带、假体、聚乙烯衬垫和骨水泥层的TKA膝关节有限元模型,模型保持了TKA膝关节内不同结构的空间位置关系.有限元分析结果显示了TKA膝关节内的应力分布特征.TKA膝关节内外侧间室股骨假体与聚乙烯衬垫发生接触,内外侧间室接触总面积为230mm2,内侧间室为124mm2,外侧间室为106mm2,内侧间室接触面积约为外侧间室的1.17倍.内侧间室聚乙烯上表面的压应力峰值为15.72MPa,外侧间室聚乙烯上表面的压应力峰值为14.45MPa,内侧间室压应力峰值是外侧间室的1.09倍. 结论 基于CT和MRI影像数据配准融合构建的TKA膝关节有限元模型为研究TKA膝关节生物力学行为提供了可靠工具.

关键词：膝关节、有限元模型、有限元分析、全膝关节置换术

所属期刊栏目：30

分类号：R68(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)

资助基金：国家自然科学基金31670956;连云港市科技局科技发展计划项目ZD1501;连云港市卫生科技项目201506、QN1402

在线出版日期：2017-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：839-843