不同截骨角度下脛骨內側開放楔形高位截骨未植骨和植骨的有限元分析研究

程邦君 黃燕峰 羅軼

隨著國內老齡化的不斷進展，膝骨關節炎的發病率正逐年攀升。微創脛骨高位截骨術 （ high tibial osteotomy，HTO ） 以其創傷小、費用低、術者學習曲線短及術后并發癥較少等優點，成為當前“保膝”的首選手術方式，尤其適用于內翻畸形伴內側間室性膝骨關節炎的“年輕”患者 （ ＜ 65 歲 ）。而對于脛骨內側開放楔形高位截骨在不同截骨角度下楔形截骨處是否植骨及截骨角度超過多少需植骨，目前仍有爭論[1-4]。本研究通過計算機三維有限元技術來分析研究脛骨內側不同截骨角度下楔形截骨處未植骨和植骨的生物力學特性。

資料與方法

一、材料及軟件

選擇 10 例截骨角度分別在 8°、10°、12°、14°和 16° 的內側間室性膝骨關節炎、半月板及韌帶無損傷的病例，分別行脛骨內側開放楔形高位截骨術，其中 5 例楔形截骨處未植骨，另外 5 例楔形截骨處行植骨 （ 取自體髂骨植骨 ）。提取術后 CT 超薄層平掃資料；選擇 1 例健康成人膝關節 CT 影像數據 （ 層厚 0.625 mm ），均保存為 Dicom 格式數據；選用 Mimics 19.0、Geomagic 2013、Hypermesh 14.0、Solidworks 2014 等軟件進行數據分析。

二、脛骨近端和內固定系統三維模型的建立

將 Dicom 格式數據導入 Mimics 19.0 軟件，通過灰度值調整、多層編輯、區域增長等命令使二維CT 圖像數據轉化為三維立體圖像，將三維模型以STL 文件格式導出。然后將三維模型導入 Geomagic 2013，對其進行參數化曲面，構建出 Nurbs 曲面，最后整體導出 IGES 格式，在 Solidworks 中根據接骨板實際幾何尺寸進行接骨板和螺釘的建模，建立好的模型以 IGES 格式導出。將脛骨近端和內固定系統 IGES 文件導入 3-matic 11.0 中進行……