步态周期下内侧半月板后根部分撕裂对膝关节生物力学的影响

作     者：徐志 李豫皖 金瑛 刘毅 Xu Zhi;Li Yuwan;Jin Ying;Liu Yi

作者机构：张家港市第五人民医院骨科江苏省张家港市215600 北京大学第三医院运动医学科北京大学运动医学研究所运动医学关节伤病北京市重点实验室北京市100191 遵义医科大学附属医院骨科贵州省遵义市563000 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2023年第27卷第18期

页      面：2824-2830页

学科分类：0710[理学-生物学] 1002[医学-临床医学] 07[理学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 071007[理学-遗传学] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

基　　金：北京大学医学部青年科技创新人才培养基金(BMU2022PY007号) 项目负责人:李豫皖 

主　　题：内侧半月板后根撕裂 有限元分析 生物力学 步态周期 膝关节 

摘      要：背景:目前针对内侧半月板后根撕裂加速膝关节退变相关生物力学研究大多数仅限于在静态仿真设计的基础上对内侧半月板后根完全撕裂模型进行测试,而对内侧半月板后根部分撕裂在完整步态周期下的生物力学行为尚不清楚。目的:运用动态有限元分析的方法来比较正常膝关节模型与内侧半月板后根部分撕裂模型在完整步态周期下生物力学的差异。方法:以健康成年人右膝关节CT扫描数据为基础,建立包括骨、半月板、关节软骨在内的健康膝关节有限元模型,并在健康模型基础上进一步构建膝关节内侧半月板后根撕裂模型。分别在2种模型上施加ISO标准步态载荷进行仿真测试。比较2种模型对应部件在各时相下应力、位移和接触面积的差异。结果与结论:(1)在完整步态周期下,健康模型内侧半月板后根云图应力分布均匀,而病理模型则在损伤区出现应力集中表现,健康模型最大应力出现在30%时刻外侧半月板内缘,值为29.68 MPa,病理模型最大应力出现在50%时刻外侧半月板内缘,值为30.34 MPa;(2)在完整步态周期下,健康和病理模型胫骨软骨应力分布大体一致,2种模型承受最大应力分别出现在步态周围50%,20%时刻,值大小分别为5.11,6.85MPa;(3)2种模型的内侧间室组内差异大于外侧间室组内差异;病理模型各时相内侧胫骨平台应力均值比正常模型高9.3%,最大值为5.73 MPa,出现在支撑相中期;股骨、胫骨接触面积峰值均出现在40%时刻,病理模型各时相股骨软骨接触面积均值比正常模型减少14.6%;(4)研究结果表明在内侧半月板后根部分撕裂发生后膝关节生物力学特性的改变增加了骨关节炎的发病风险。