单髁置换股骨假体不同放置位置的生物力学效应

背景:单髁置换手术的高翻修率是亟待解决的问题,翻修原因多为假体松动、聚乙烯磨损和健侧间室关节炎进展等术后并发症,而上述并发症与假体对位不良引起的关节内应力异常密切相关。目的:研究内侧固定平台单髁置换过程中股骨假体不同内外翻角度对聚乙烯上表面、外侧间室软骨表面及胫骨假体下松质骨表面应力大小和分布的影响。方法:利用放射学技术和三维扫描技术获得膝关节和单髁假体的数字化影像,通过mimics、Ansys workbench等软件建立正常膝关节模型并验证其有效性。在Ansys workbench软件中模拟单髁置换手术,将假体进行适当定位,并改变股骨假体位置,建立股骨假体内、外翻0°,3°,6°,9°,12°共9种工况,观察各工况中聚乙烯上表面、外侧间室软骨表面及胫骨假体下松质骨表面应力大小和分布的变化规律。结果与结论:(1)在膝关节伸直位静态载荷下,聚乙烯上表面的应力随假体内外翻角度的增大而增大,外翻时的增幅更大;聚乙烯上表面的应力分布在内翻时向内移,在外翻时向外移;(2)外侧间室软骨表面的应力在内翻时增大、外翻时减小;(3)胫骨假体下松质骨表面的应力集中在沟槽中,内外翻时应力均增大,外翻时的增幅更大;(4)从内翻到外翻的过程中载荷逐渐向内侧间室转移;(5)各结构中聚乙烯上表面的应力最大,其中股骨假体内、外翻≥6°的应力值显著高于标准位置(内、外翻0°)。