朱广铎  郭万首  程立明  刘朝晖  张启栋

目的: 建立活动平台单髁膝关节置换三维有限元模型,并验证其有效性,作为行进一步生物力学分析的基础。

方法: 对1名健康成年男性志愿者左膝关节CT和MRI平扫,以Dicom格式保存数据。利用Mimics 17.0行影像学处理及三维重建,得到正常膝关节各结构STL三角网格模型,再利用Rapidform 2006行曲面拟合生成实体模型,经Abaqus 6.10建立正常膝关节有限元模型,设定边界条件及载荷,计算载荷分配、接触应力与接触面积,与文献结果对比进行验证。然后利用Abaqus 6.10在经过验证的正常膝关节模型基础上建立活动平台单髁膝关节置换三维有限元模型,行网格划分及赋值,设定边界条件和载荷,计算胫骨内外侧间室载荷分配及应力,与文献结果对照验证模型的有效性。

结果: 在经过验证的正常膝关节模型基础上成功建立了活动平台单髁膝关节置换三维有限元模型,包含了膝关节的主要结构,整个模型共218 043个单元和229 524个节点,于股骨施加1 000 N垂直压缩载荷,计算胫骨内外侧间室载荷分配及应力,与既往文献中研究结果相比较为接近。

结论: 本研究所建立活动平台单髁膝关节置换三维有限元模型具有创新性及有效性,可用于进一步生物力学模拟和分析。