定制化钛合金人工月骨假体的三维有限元模型建立及生物力学分析

作     者：王斌 蔡兴博 张悦 张必欢 徐永清 WANG Bin;CAI Xingbo;ZHANG Yue;ZHANG Bihuan;XU Yongqing

作者机构：昆明医科大学研究生院昆明650000 中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院骨科昆明650000 

基　　金：中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院院内应用基础研究计划成长项目(2020YGB04) 云南省临床医学中心项目(ZX20191001) 云南省科技厅科技计划项目(202102AA310068) 

出 版 物：《中国修复重建外科杂志》 (Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery)

年 卷 期：2023年第37卷第7期

页      码：821-826页

摘      要：目的 设计定制化钛合金人工月骨假体,利用有限元分析构建假体置换前后腕关节三维有限元模型,观察置换术后腕关节生物力学改变,为假体临床应用提供生物力学依据。方法 取1具新鲜冰冻人前臂标本,经cortex动作捕捉系统测量腕关节掌屈、背伸、尺偏、桡偏最大活动度分别为48.42°、38.04°、35.68°、26.41°。CT扫描获取腕关节数据,首先导入Mimics21.0软件、Magics21.0软件初步构建腕关节三维模型,设计定制化钛合金人工月骨假体。然后采用Geomagic Studio 2017软件、Solidworks 2017软件构建正常腕关节、月骨假体置换术后腕关节三维有限元模型(正常模型、置换模型)。ANSYS 17.0有限元分析软件中,于腕关节掌屈15°、30°、48.42°,背伸15°、30°、38.04°,尺偏10°、20°、35.68°,桡偏5°、15°、26.41°分析置换前后腕关节应力分布及形变,以及月骨及月骨假体的应力分布情况。结果 研究成功构建假体置换前后腕关节三维有限元模型。掌屈、背伸、尺偏、桡偏方向不同活动度腕关节模型的网格划分节点及网格数存在一定差异。在掌屈、背伸、尺偏、桡偏方向,正常模型及置换模型腕关节最大形变均发生于桡侧,且均随活动度增大而逐渐增大;腕关节最大应力亦随活动度增大而逐渐增大,在最大活动度下应力均集中于桡骨近端,整体表现为由桡侧腕骨向桡骨近端移动的趋势。在不同方向上正常月骨最大应力均表现为随活动度增大而逐渐增大趋势,且应力位置发生对应改变。而月骨假体最大应力均集中在假体尺侧,背伸时随活动度增大逐渐增大,掌屈、尺偏、桡偏时则整体表现为随活动度增大而逐渐减小。术后月骨假体所受应力较正常月骨明显增大。结论 有限元分析提示采用定制化钛合金人工月骨假体置换不会改变腕关节载荷传递模式,为假体临床应用提供数据支持。

主 题 词：Kienböck病 定制化假体 月骨置换 有限元分析 生物力学 

学科分类：08[工学] 080502[080502] 0805[工学-能源动力学] 

核心收录：

D　O　I：10.7507/1002-1892.202301039

馆 藏 号：203122612...