股骨骨折后残留内/外翻畸形愈合对膝关节生物力学影响的有限元分析

目的 探讨股骨中下段骨折后内/外翻畸形愈合对膝关节应力分布与接触面积影响的生物力学研究.方法 选取正常成年男性志愿者,进行下肢CT薄层扫描和膝关节MRI成像,利用Mimics软件将CT和MRI图像配准后进行三维重建,建立一个正常下肢模型.在正常模型的基础上对骨和软组织进行位置调整,分别建立股骨中下段骨折残留3°、5°、10°内/外翻畸形愈合模型.然后在有限元分析软件Abaqus中计算畸形愈合对膝关节内外侧间室von Mises应力与接触面积.结果 成功建立了正常人下肢及膝关节模型,其形态结构基于下肢CT和MRI重建,与真实膝关节高度相似,并在其基础上建立了股骨远端1/3内/外翻畸形愈合模型.正常中立位内侧胫骨软骨的接触面积与最大应力是244.36 mm2,0.64 mpa,外侧则是196.25 mm2,0.76 mpa.与正常中立位相比,随着正常中立位至股骨内翻角度10°,内侧胫骨软骨接触面积与最大应力增大至264.61 mm2,1.16 mpa,相应的胫骨平台外侧逐渐减小至31.32 mm2,0.35 mpa.而随着正常中立位至股骨外翻10°,内侧平台软骨接触面积与最大应力逐渐减小至24.58 mm2,0.27 mpa,外侧胫骨软骨则逐渐增大至215.46 mm2,2.08 mpa.与正常中立位模型对比时,内侧软骨下骨应力,半月板应力大小与分布范围随着内翻程度增大逐渐增大,随着外翻程度增大逐渐减小.外侧软骨下骨与半月板变化趋势则与之相反.结论 股骨内外翻畸形对膝关节间室接触面积和应力分布有明显影响.股骨手术应尽力避免残留内外翻畸形,应早期治疗避免膝关节周围结构损伤,进而延缓膝关节炎的进展.