全膝关节置换股骨假体植入定位参数有限元分析及优化

目的通过有限元分析,结合正交试验方法,优化膝关节股骨假体植入的定位参数,有助于降低聚乙烯衬垫表面压应力峰值以减少磨损。方法依据全膝关节置换(TKA)基本原则,构建TKA膝关节有限元模型,以股骨假体外翻角度、外旋角度以及内外平移量作为正交试验的影响因素,对模型进行材料属性定义、边界条件建立并施加载荷,以聚乙烯衬垫上表面压应力峰值为研究指标,进行有限元分析,并对分析结果进行极差和方差分析,比较各因素变化对聚乙烯衬垫上表面压应力分布的影响,确定聚乙烯衬垫上表面压应力峰值最小的股骨假体植入定位参数的最优组合。结果通过有限元分析获得不同参数组合下9个TKA膝关节有限元模型聚乙烯衬垫上表面的压应力峰值,由极差分析,明确内外平移对分析结果影响最大,其次是外旋角度,外翻角度影响最小。确定股骨假体植入定位参数最优组合为外翻6°、外旋3°、平移0 mm。结论聚乙烯衬垫所受的压应力峰值受股骨假体位置变化影响,微小的植入位置变化可导致股骨-聚乙烯衬垫假体间的应力异常分布,提示术中要对股骨假体进行精确定位。