膝关节假体胫骨衬垫几何设计对其接触力学和运动的影响

作     者：王猛 李兴 成博 王俊元 杜文华 刘峰 Wang Meng;Li Xing;Cheng Bo;Wang Junyuan;Du Wenhua;Liu Feng

作者机构：中北大学机械工程学院山西省太原市030000 

基　　金：国家自然科学基金项目(21604074) 项目负责人:成博 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2019年第23卷第18期

页      码：2794-2799页

摘      要：背景:膝关节假体几何参数对置换膝关节运动性能和接触力学有十分重要的影响,也决定了膝关节假体的使用寿命。目的:分析膝关节假体胫骨衬垫矢状面前端半径、矢状面后端半径、冠状面曲率半径对膝关节接触力学和运动学的影响。方法:以美国强生骨科公司全膝关节置换产品DePuy PFC CR后交叉韧带保留型假体为标准模型,通过改变该膝关节假体胫骨衬垫的矢状面前端半径、矢状面后端半径及冠状面曲率半径分别建立胫骨冠状面半径增大假体三维实体模型、胫骨矢状面半径增大假体三维实体模型与胫骨冠状面后端半径增大假体三维实体模型,并建立力控制显示动态步态周期有限元模型,模拟膝关节置换后的步态周期运动,得出胫骨衬垫在一个步态周期中的最大接触压力、接触面积、胫骨前后位移和内外转角。结果与结论:①与标准模型相比,减小冠状面形合度,胫骨衬垫的接触压力显著增大、接触面积显著减小,但减小矢状面形合度,最大接触压力和接触面积增加并不明显;②与标准模型相比,当胫骨衬垫前端曲率半径增大,胫骨的向后移动显著增加;当胫骨衬垫矢状面后端曲率半径增大时,胫骨的后移增加不明显;当胫骨衬垫前、后端曲率半径增大时,内转增大较明显,特别是在站立相阶段,最大转角从8°增至10°。胫骨衬垫冠状面曲率半径的增大对假体的运动性能影响并不明显;③结果表明,膝关节假体股骨髁与胫骨衬垫在冠状面内的形合度是影响胫骨衬垫接触面积、接触压力大小的主要几何参数,适当减小冠状面形合度不会对膝关节运动稳定性产生显著影响;假体矢状面曲率半径的一致性是影响膝关节运动的主要几何参数。

主 题 词：全膝关节假体 胫骨衬垫 参数化设计 有限元分析 接触力学 运动学 假体磨损 步态周期 

学科分类：1002[医学-临床医学类] 100210[100210] 10[医学] 

D　O　I：10.3969/j.issn.2095-4344.1697

馆 藏 号：203607066...