髋关节三维有限元模型的构建及关节囊修复预后分析

作者：胡翰生; 王静成; 卢志华; 范卫民^*

来源：南方医科大学学报, 2020, 40(12): 1826-1830.

• 全髋关节置换术
• 髋关节
• 关节囊
• 有限元分析

目的构建髋关节置换的三维有限元模型,模拟关节囊修复和术后康复活动,比较两种关节囊修复方法的生物力学差异。方法以骨-囊-骨方式采集6个冷冻髋关节的后关节囊韧带复合体标本,用万能材料试验机测定标本的载荷-应变曲线等力学特性。采集一名志愿者骨盆及下肢薄层CT扫描数据导入Mimics软件,构建髋关节的三维模型,在CATIA软件中建立臼杯、股骨假体、关节囊的三维数字模型导入Mimics,模拟行全髋关节置换手术(THA),装配后数据导入ABAQUS软件中,根据解剖研究、力学结果、本构方程设定关节囊属性,测量、比较屈髋过程中,解剖和传统修复关节囊的生物力学差别。结果关节囊韧带复合体标本测试平均极限拉伸应变(39.21±5.23)%、极限拉伸强度(1.65±0.38)MPa。有限元模型应力-应变曲线与标本力学测试的结果相似,符合关节囊的力学特征,屈髋活动时解剖修复的关节囊应力分布均匀,均在极限拉伸强度范围内,传统修复关节囊应力分布不均,屈髋90°时下部关节囊的拉伸应力达到关节囊标本的拉伸强度极限。结论有限元模型可用于动态、量化、可视化分析髋关节囊应力分布,解剖修复比传统修复更符合生物力学特点。

• 单位
  南京医科大学第一附属医院; 苏北人民医院