ACL单束/双束重建对多屈曲角位姿的胫股关节力学特性影响

作者：徐强; 黄荣瑛; 许勇刚; 郭云飞; 郑红光

来源：力学学报, 2012, (03): 631-637.

• 生物力学
• 有限元
• ACL重建
• 韧带
• 半月板
• 应力 biomechanics
• finite element
• ACL reconstruction
• ligament
• meniscus
• stress

进行膝关节的轴移仿真,在证实了单例个体膝关节的重建模型能反映不同重建术后膝关节力学特性有效性的基础上,应用SONATA MAESTRO 1.5T扫描得到的屈曲角位姿为0°/25°/60°/80°的膝关节MRI图像数据,建立了对应屈曲角的正常/ACL(anterior cruciate ligament)单束/双束重建胫股关节3D模型,通过对该系列关节模型施加轴向压力与压扭载荷,来分析多屈曲角度位姿的ACL单束/双束重建法对胫股关节软骨、半月板和韧带应力分布影响及韧带张力特性影响.结果表明:(1)ACL单束/双束重建关节的软骨与半月板上的应力分布改变跟屈曲角度相关,某些角度位姿下软骨应力分布改变显著;(2)单束重建关节的软骨和半月板上的最大等效应力有较明显的增大,最大增幅达40%左右;双束重建关节在各屈曲角位姿下软骨和半月板上的最大等效应力值更接近于正常关节;(3)ACL单束重建虽降低了PCL(posterior cruciate ligament)的最大等效应力值,却使高屈曲角位姿的内侧/外侧副韧带等效应力明显增大;双束重建后MCL(medial collateralligament)上的最大等效应力随屈曲角的变化明显,但LCL(lateral collateral ligament)和PCL的最大等效应力随屈曲角度的变化趋势与正常关节相一致性;(4)单束/双束重建后MCL上平均张力要高于另外两条韧带,而双束重建的韧带张力特性比单束重建更接近于正常关节.总之,综合ACL重建后软骨、半月板和3条韧带随屈曲角度的等效应力分布、张力变化等多种特性表明:ACL双束重建的胫股关节力学特性比单束重建更接近于正常关节,且无论ACL单束还是双束重建,都引起术后关节软骨与韧带上应力分布变化与等效应力峰值增大,这将是诱发术后关节慢性退变与膝关节并发症的根源.

• 出版日期2012
• 单位北京航空航天大学