目的:研究基于CT二维图像和激光扫描逆向工程技术,构建膝关节股骨置换和人工膝关节置换术后的不同股骨前皮质切迹模型,采用有限元分析方法探索在不同切迹深度下股骨前髁截面髁上的最大等效应力变化,发现切迹的“安全深度”,为全膝关节置换术后出现的股骨前皮质切迹与髁上骨折发生是否具有关联性提供生物力学证据。方法:1、选取1名正常健康的青年男性,对其进行下肢螺旋CT扫描获取2D图像数据,分别在Mimics、Geomagic、Solidworks中进行处理,模拟正常成人的股骨模型。并采用德国Link公司的保留后交叉韧带股骨假体,将实物假体进行激光扫描,获取假体点云数据经Geomagic软件进行数据处理,导入Solidworks中,对股骨进行虚拟截骨和装配,得出膝关节股骨置换三维模型。2、在构建的股骨置换模型基础上进行模拟创造不同切迹深度,导入有限元ANSYS软件分析得出股骨前髁截面髁上的应力云图,并予以比较不同实验组和对照组中最大等效应力变化情况。结果:1、本研究所构建的膝关节股骨置换三维有限元模型结果与传统的生物力学实验、回顾性临床研究结果观察对比,证实该模型的合理性、有效性。2、本研究经三维有限元分析可知髁上的最大等效范式应力与切迹深度具有直接关联性,有显著的统计学意义(P<0.05),且随着切迹的深度增加,局部的应力集中现象越显著,而切迹长度在本研究中对于髁上最大等效应力没有明确的统计学意义(P>0.05)。3、本研究发现当切迹深度在皮质与松质骨交界时,可以出现应力集中突变点,当松质骨完全暴露时,局部最大等效应力出现叠加现象。结论:1、当膝关节股骨置换时股骨远端切迹处皮质骨厚度≥3mm时,此时切迹发生的深度应该避免超过3mm,这样可减少髁上骨折发生的可能性。2、当膝关节股骨置换时股骨远端切迹处皮质骨厚度<3mm时,此时切迹发生的深度应该避免超过皮质骨和松质骨的交界区,这样可减少髁上骨折发生的可能性。