定制式增材制造膝关节矫形器间室减荷效果的有限元分析

• Published in: 上海交通大学学报 Vol. 57; no. 5; pp. 560 - 569
• Main Authors: 许苑晶, 高海峰, 吴云成, 柳毅浩, 张子砚, 黄承兰, 王赞博, 刘同有, 王彩萍, 缪伟强, 王金武
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 上海交通大学 生物医学工程学院,上海 200030%徐州医科大学 医学影像学院,江苏 徐州 221004%上海交通大学医学院附属第九人民医院 骨科,上海 200011%上海体育学院 运动科学学院,上海 200438%潍坊医学院 康复医学院,山东 潍坊 261053%上海交通大学 生物医学工程学院,上海 200030 28.05.2023; 上海交通大学医学院附属第九人民医院 骨科,上海 200011
• Subjects: 膝关节矫形器; 生物力学特性; 有限元分析; 减荷效果; 膝骨关节炎
• ISSN: 1006-2467
• DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.194

O242.21%R318; 通过构建膝关节与定制式增材制造膝关节矫形器有限元模型,模拟膝骨关节炎(KOA)患者佩戴矫形器前后的膝关节生物力学变化,验证矫形器的间室减荷效果,针对矫形器治疗效果开展定量化研究,可用于膝关节矫形器的临床疗效评价.实验经过上海交通大学医学院附属第九人民医院伦理委员会审批通过,招募一名膝骨关节炎的女性,对其膝关节进行光学体表及 CT 扫描,根据单侧减荷原理设计定制式增材制造膝关节矫形器,通过网格划分、材料赋值、边界设置等步骤,利用ANSYS等软件构建包括膝关节与定制式增材制造膝关节矫形器有限元模型,沿下肢负重轴方向对膝关节施加 1100 N的压缩载荷,进行仿真及应力分析,研究定制式增材制造膝关节矫形器对膝关节间室的减荷效果.针对KOA特性进行有限元分析,验证软骨、韧带及下肢皮肤对膝关节承载能力的影响.相较于未佩戴任何矫形器情况,佩戴定制式膝关节矫形器后,膝关节内翻角度减少、内侧压力向外侧转移且内侧间室压力明显降低.定制式增材制造膝关节矫形器可降低早中期内侧间室型膝骨关节炎患者在步行过程中膝关节内侧间室所产生的压力,减荷效果显著.