李永奖 张美超 刘敏 蔡春元 林瑞新 周德彪
目的:采用现实虚拟互动技术及有限元分析法,探讨膝关节后交叉韧带双束重建术中股骨隧道合理定位及重建术后移植物固定膝关节力学响应.
方法:取新鲜冰冻膝关节标本5具,用实验与计算机仿真相结合的方法,重建膝关节三维计算机模型,以实验获得的外部结构运动指标操纵此模型,真实再现人体膝关节屈伸运动.分析模型内部股骨与胫骨关节面在此运动过程中的空间位置变化情况,分别在后交叉韧带前外侧束(ALB)和后内侧束(PMB)股骨端附丽区选取前、后、中、近、远10个测试点,选取胫骨端止点中点,利用软件Geomagic计算连接两关节面各两点间的长度变化.将模型导入软件Ansys,采用四面体单元建立起股骨-胫骨复合体的有限元模型,模拟人体行走中单腿着地情况对模型施加自身体重冲击载荷,分析关节面的受力情况.
结果:计算机还原出各运动角度下膝关节骨性结构的空间形态,软件Geomagic的几何计算功能能准确测量股骨各点与胫骨止点间在关节内的长度变化,ALB和PMB相同测试点在不同角度所得关节面两点间长度变化平均值间有显着性差异(P<0.05);且同一角度不同测试点所得数据间亦有显着性差异(P<0.05).ALB各点中以A2变化最小(1.35±0.19) mm,A1变化最大(5.41±1.22) mm,A2和A3点比较,差异无统计学意义(P=0.913>0.05);PMB各点中以B3点变化最小(1.95±0.04) mm,B1变化最大(5.23±2.21) mm,只有A2、A3和B3点变化范围在2 mm以内.
结论:通过计算机技术能够建立可供分析测量的膝关节模型,能准确的对交叉韧带的长度进行测量.在后交叉韧带双束重建中,前外侧束应以其股骨附丽区上缘的中点(即近测试点)为中心钻孔;后内侧束应以其股骨附丽区上缘(即近测试点)为中心钻孔建立股骨骨隧道.模型为进一步评价重建等长点偏差对术后移植物固定力学环境影响的研究提供基础.
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