ACL重建对全膝关节力学特性影响及关节运动分析

admin · 发表于 2022-9-22 08:46:41

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膝关节是人体最大与最复杂的关节之一，其中关节处的前交叉韧带损伤会造成关节不稳定，使胫骨前移，容易导致半月板后角撕裂，关节软骨退行性变等症状。损伤的前交叉韧带没有自愈能力，需要通过重建手术来恢复该韧带的功能。近年来，借助于关节镜、生物图像及机器人导航的手术系统，交叉韧带重建手术已达到令人满意的成功率，术后的短期效果也较为理想，但长期的调查结果却不尽人如意，术者在后期患膝关节炎与关节退变病症的比例较高。因此，围绕着前交叉韧带重建手术对全膝关节力学特性影响、关节面间的接触力变化及全膝关节的机构学与运动学研究乃是关节外科与生物力学交叉领域的热点题目。首先，为分析ACL单束/双束重建对胫股关节力学性能影响，构建出了不同角度 (0°/25°/60°/80°) 下正常/单束/双束韧带重建胫股关节模型，通过对这三个关节模型施加各种载荷进行了有限元仿真，结果表明单/双束重建后的膝关节各处组织上，应力、变形值等都发生了不同程度的增大。而综合ACL移植物应力、半月板承载特性以及关节稳定性等方面考虑，本文建议ACL移植物初始力选择在40N-60N。另外，ACL双束重建后关节力学特性比起单束重建要更接近于正常关节。其次，通过建立正常/异常以及含有单/双束隧道的髌股接触模型，应用正交试验和有限元方法分析了髌股关节异常接触以及ACL重建隧道对髌股关节接触影响，结果表明髌骨异常位姿时，软骨上等效应力和接触压力都高于正常值，而接触面积较之正常却会下降很多；除此，单束/双束隧道使得软骨表面应力变化很明显，但对于软骨之间的接触压力以及接触面积改变却并不明显。最后，通过建立全膝关节的运动学模型，将获得的运动仿真数据跟真实的关节运动数据相对比发现偏差较小，为后续的ACL重建对关节运动学影响特性提供参考，同时对术后康复训练也有着一定的指导意义。本文所得到的各结论不仅给手术评估及手术参数改进有一定指导意义，同时也能为新型关节手术与诊断器械的设计提供方法与技术基础。

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