膝关节单髁置换界面应力失效分析

目的分析骨水泥型胫骨假体平台界面应力,确定界面应力损伤区域,为临床单髁置换胫骨平台的应力失效问题提供参考。方法通过人体动力学软件模拟完整周期的步态,获得膝关节的承力条件;利用医学影像及三维重建软件建立完整的膝关节模型并进行单髁置换;通过有限元法分析单髁置换后胫骨假体平台界面应力的分布规律。结果步态下膝关节的力和角度随时间呈周期性变化,1.3 s为1个周期,膝关节合力峰值为760 N;界面最大剪切应力为11.82 MPa、最大拉应力6.849 MPa,均发生在假体-骨水泥界面的内侧前端拐角处;对于界面的最大应力,钛合金假体低于不锈钢假体。结论假体的弹性模量减小可以降低界面最大主应力,从界面应力考虑,钛合金假体优于不锈钢假体;胫骨假体平台界面损伤区域主要在内侧前、后端拐角和外侧中端处,故提高该区域假体-骨水泥结合能力能防止单髁膝关节胫骨假体平台松动。研究结果对临床中单髁术后胫骨假体平台松动预防具有实际意义。

骨小梁结构及胫骨平台假体简化模型的设计与分析

临床治疗结果显示,带有骨小梁结构的膝关节假体相比传统膝关节假体有更好的术后恢复效果。在目前对骨小梁结构与膝关节假体研究的基础上,设计了骨长入效果更好的分区骨小梁结构;通过设计8种不同的骨小梁胞元结构,经对比分析,选择出一种综合性能最佳的骨小梁胞元结构;根据该结构构建了两组具有分区骨小梁结构的胫骨平台假体简化模型,通过有限元分析,选出了一组骨长入效果较好且适用于膝关节假体设计的分区骨小梁结构。