聚己内酯半月板支架应力-应变特性的有限元分析

作者：柳辛墨; 章亚东^*; 聂振国; 贾海港; 顾东强; 丁云鹏; 陈磊

来源：吉林大学学报(医学版), 2019, 45(02): 389-474.

DOI：10.13481/j.1671-587x.20190230

• 半月板替代物
• 有限元分析
• 聚己内酯支架
• 生物力学

目的:分析聚己内酯(PCL)半月板支架在膝关节中的应力-应变特性,评估其作为植入材料的可行性。方法:通过磁共振成像(MRI)扫描志愿者膝关节获取平面图像数据,建立包括股骨、胫骨、腓骨、股骨髁及胫骨平台关节软骨、内和外侧半月板及韧带在内的完整膝关节三维有限元模型,通过计算胫骨平台的接触面积与既往文献对比验证模型的有效性;分别建立内侧半月板切除术后的膝关节三维有限元模型及PCL半月板支架替代后的膝关节模型;对比分析在1 400N股骨轴向垂直压力下3种膝关节模型的半月板位移和接触压力变化以及股骨髁关节软骨和胫骨平台关节软骨的压缩应力变化。结果:在1 400N股骨轴向压缩载荷下健康膝关节模型内、外侧半月板位移分别为0.83和1.76mm,PCL模型内、外侧半月板位移分别为1.15和2.20mm。在同等载荷下,健康膝关节在胫骨平台关节软骨内、外侧最大压缩应力分别为2.5和1.7 MPa,在内、外侧股骨髁关节软骨最大压缩应力分别为2.7和2.1 MPa。在内侧半月板完整切除模型,内、外侧胫骨平台关节软骨最大压缩应力较健康模型分别增加260.0%和311.7%;内、外侧股骨髁关节软骨最大压缩应力较健康模型分别增长214.8%和271.4%。而在将内侧半月板替换为PCL支架的模型中,内、外胫骨平台关节软骨最大压缩应力较健康模型分别增加8.0%和5.9%;内、外侧股骨髁关节软骨最大压缩应力较健康模型分别增加11.1%和4.8%。结论:PCL支架在膝关节三维有限元模型中具有较好的生物力学特性,能够降低半月板切除后股骨髁及胫骨平台关节软骨的应力,达到保护关节软骨的目的。

• 单位
  解放军总医院; 锦州医科大学; 第一附属医院骨科