开放楔形胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎的有限元分析

作     者：魏保山 

作者单位：上海海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于晓巍

授予年度：2022年

学科分类：1002[医学-临床医学] 07[理学] 0701[理学-数学] 10[医学] 

主      题：开放楔形胫骨高位截骨 有限元模型 生物力学 下肢力线 膝关节炎 

摘      要：膝关节是人体最重要和最复杂的关节,在提供灵活性的同时也承载着巨大的载荷。由于膝关节的特殊结构使得内侧间室承担了较大的载荷,在膝关节的长期磨损中膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)也就随着产生。开放楔形胫骨高位截骨术(opening wedge high tibial osteotomy,OWHTO)被认为是治疗膝骨性关节炎的有效方法,并被人们广泛接受,但是最大限度的提高手术成功率并降低并发症风险依旧存在很多难题,其中最主要的影响因素就是下肢力线的位置,不同的专家根据自己的随访结果给出不同的下肢力线位置建议,然而最合适的下肢力线位置依旧存在争议。因此,本文通过研究正常膝关节和OA膝关节(主要病症为膝内翻)内外侧间室受力,来分析OA对膝关节的影响,接着构建OA膝不同力线位置的膝关节模型来观察内外侧间室受力,并判断力线位置在什么地方对内外侧间室受力更为友好,首先通过Mimics软件和3matic软件分别构造出健康膝和OA膝模型,将OA膝导入3-matic中,利用切割、偏置和旋转工具对下肢力线位置进行调整,使其分别经过胫骨平台45%、50%、55%、60%、65%和70%这几个位置,然后保留膝关节上下两端20cm处的骨质结构,并以stp文件格式进行保存,将几何模型导入Workbench中构造有限元模型,并进行有限元分析。本文结果显示OA膝内侧间室的应力要远大于正常膝,当负重力线调整的位置在胫骨平台宽度的50%之内,内外侧间室的压力差别依旧较大,这种调整可以归纳为调整不足,另一种情况就是将下肢力线位置调整到胫骨平台宽度的65%以上,这样会导致较大的外侧和较大的压力,在这一范围内,外侧组织容易出现损伤,患者可能出现外侧间室疼痛。当下肢力线位于胫骨平台55%-60%之间时,内外侧间室应力基本平衡,医生可以把力线位置调整到60%的位置,这样会有一定的容错性,而且为了充分卸载内侧间室的应力我们可以进行一些过度矫正,这个选择可以为医生制定合理的胫骨高位截骨手术方案提供依据。