基于有限元分析的重度膝骨关节炎膝关节生物力学研究

目的 基于有限元方法的正常膝关节研究已有大量成果,但重度膝骨关节炎(OA)的膝关节模型还少有报道.文章通过构建一例重度OA膝关节的有限元解剖模型,研究其胫股关节中软骨和半月板接触面的应力分布特征.方法 通过采集患膝CT和MRI影像,分别提取骨性和非骨性组织,基于体表标志配准融合构建重度OA膝关节三维有限元模型.划分网格、设定材料属性及边界条件后进行有限元分析,观察关节软骨和半月板上的Mises应力、接触压以及接触面积的变化特征.结果 通过CT和MRI影像数据的融合配准建立重度OA膝关节三维有限元模型,有限元分析表明,在重度OA膝关节中,内侧间室关节软骨上的接触压峰值高于外侧间室,外侧半月板接触压峰值高于内侧半月板;内外侧间室关节软骨周缘处Mises应力峰值高于关节软骨间直接接触部分,内侧半月板Mises应力峰值位于后角,而外侧半月板Mises应力峰值位于体部.胫股关节内侧室接触面积大于外侧室接触面积.结论 重度OA膝关节的应力集中于内侧间室,关节软骨载荷量大,内侧半月板的脱位和关节退变趋势明显.