不同骨强度下全膝置换过程中发生股骨前皮质切迹的三维有限元分析

背景:全膝关节置换后发生膝关节股骨假体周围骨折是常见并发症之一,目前对不同骨质强度条件下发生膝关节股骨假体周围骨折的生物力学研究欠缺,三维有限元分析可为临床提供生物力学基础。目的:探讨不同骨质强度下全膝关节置换过程中发生股骨前皮质切迹的生物力学变化,为临床预防膝关节置换后发生膝关节股骨假体周围骨折提供力学理论基础。方法:获取健康成年人的股骨CT数据,运用Mimics、Geomagic studio、Solidworks软件建立膝关节股骨侧置换三维模型,然后构建不同深度的股骨前皮质切迹模型,将模型导入到ANSYS软件并分析不同骨强度、不同股骨前皮质切迹深度对股骨髁上生物应力的影响,并分析股骨前皮质切迹骨水泥填补前、后的股骨前髁截面应力变化。结果与结论:①任何骨质强度下,髁上应力都随股骨前皮质切迹深度加深而增加;在正常骨质情况下,当股骨前皮质切迹深度在3 mm和4 mm间有一个应力突变点;在骨质疏松情况下,当股骨前皮质切迹深度在2 mm和3 mm间有一个应力突变点;②膝关节置换过程中发生股骨前皮质切迹且深度超过骨皮质厚度时,随着骨质强度降低,股骨髁上应力逐渐增大;③使用骨水泥填补股骨前皮质切迹深度为3 mm的模型,股骨前髁截面应力下降;④结果显示,膝关节置换过程中应该避免股骨前皮质切迹出现,特别是骨质疏松患者;如术中出现股骨前皮质切迹且深度超过骨皮质厚度时,可以采用骨水泥均匀填充股骨前皮质切迹以降低股骨髁上应力,降低膝关节股骨假体周围骨折的发生率。