目前已成為治療晚期膝關節骨關節疾病的有效治療方法。但是，每年因各種原因需要接受膝關節假體修復手術的患者仍有很多。除了感染原因外，最多見的修復原因是聚乙烯襯墊磨損導致的假體松動。根據磨損理論，聚乙烯襯墊的磨損速率與其表面的載荷大小成正比，而假體表面壓應力的異常增高主要是由于假體間的對位不良。研究表明，TKA對假體對位的精度要求非常高，偏差就可能使手術效果相去甚遠。本研究通過對TKA 術后膝關節進行有限元分析，然后結合正交試驗方法，優化股骨假體植入的定位參數，使得聚乙烯襯墊表面壓應力峰值最小化，目的是指導術中植入定位，以降低假體的磨損速度，延長假體的使用壽命。
      由高速三維激光掃描機對人工膝關節假體各個組件( 美國精技公司后交叉韌帶替代型假體) 分別進行掃描，得到各自三維輪廓點云數據，通過曲面反求重構，獲取假體各組件的三維工程化模型。
      將脛骨腓骨遠端固定，約束股骨的屈伸運動，股骨其它方向的運動不受限制。皮質骨與松質骨假體與截骨面之間使用捆綁約束，股骨假體聚乙烯襯墊和脛骨假體之間定義接觸(股骨假體聚乙烯襯墊，聚乙烯襯墊脛骨假體)，摩擦系數設為股骨上端給予施加軸向向下的載荷，模擬站立位膝關節的受力情況。
      根據正交試驗方法，安排9組試驗水平組合，建立9個不同的9膝關節有限元模型，分別對每個模型設置相同的材料屬性及邊界條件，進行有限元分析，經過正交優化試驗處理并進行極差和方差分析，確定不同股骨假體植入定位參數對聚乙烯襯墊上表面壓應力峰值的影響，并獲取一組使得壓應力峰值最小的最優參數組合。
      在本研究中，如果對股骨假體的3個定位因素在3個不同水平下進行全面的分析計算，共需要創建27個膝關節有限元模型，而利用正交試驗法可以明顯減少計算工作量，只用9個模型的分析結果就能夠幫助預測全部模型的結果分布特征和趨勢。在這過程中，我們還進一步對結果進行方差分析，由方差分析可知，內外平移量對聚乙烯襯墊上表面壓應力峰值的影響最顯著，其次是外旋角度，而外翻角度影響最小。
      通過有限元仿真技術并結合正交試驗方法，可以對TKA股骨假體的植入定位參數進行優化，確定不同定位參數對TKA術后膝關節表面壓應力的影響，指導TKA術中假體的植入，有助于降低關節所受應力，同時，本研究結果對新型TKA假體的設計也有一定幫助。但是TKA術后膝關節有限元模型中各部件材料屬性的確定，邊界條件的建立，載荷的正確加載以及動態分析等問題還需進一步研究。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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