全膝关节置换术假体的三维有限元生物力学分析

分析基于MRI图像数据建立的膝关节有限元模型,并采用人工膝关节置换术对假体进行匹配,通过有限元法对匹配假体接触关节表面进行应力变化分析,为人工关节假体进一步研究提供理论依据。采用MRI对1名正常男性青年双膝关节进行扫描并获取二维图像数据,根据MRI扫描数据建立膝关节三维模型;根据实际假体模型经过逆向工程技术建立膝置换假体模型,在截骨的膝关节三维模型上装配置换假体,最终构建三维有限元模型,并进行相关的生物力学分析。进行置换术后膝关节在垂直受力的0°~90°屈曲运动中,相对于胫骨,内股骨滚动并向后方发生了滑动外旋;膝关节在90°~120°范围內侧髁向内后方滑动,并且外侧髁向上抬离处于内旋状态。在屈曲运动过程中,膝关节随着度数增加,聚乙烯垫片内侧后方出现应力集中情况,约为120°时垫片后缘产生较大的应力峰值;基于MRI图像扫描并通过有限元法建立膝关节三维模型,用于膝关节置换后生物力学分析,为进一步人工关节假体研究提供相应理论依据。