研究背景后外侧角是膝关节后外方重要的稳定结构,研究表明后外侧角在维持膝关节外旋、内翻以及胫骨近端后向稳定方面都有重要作用。虽然后外侧角单独损伤在膝关节韧带损伤中所占比例仅2%,但后外侧角损伤通常为伴随损伤,研究表明有60%的后交叉韧带损伤伴随后外侧角的损伤。复合损伤后如果忽略其诊断和修复,还可导致交叉韧带重建手术失败。近年,许多学者对膝关节后外侧角生物力学展开了深入研究,但均通过尸体研究进行,而且尸体研究在进行后交叉韧带损伤或重建的参数研究方面也有其局限性。经验证的有限元模型能获得许多尸体研究所难以获得的数据,而这些数据有助于我们更好地理解交叉韧带重建失效的发生机制以及帮助我们在上述合并损伤发生后制定更为合理的手术方案。查阅国内外文献,目前尚未见包含后外侧角结构的膝关节有限元模型及后外侧角损伤对后交叉韧带应力影响的报道,本实验旨在研究建立具有较高生物逼真度且包含真实后外侧角几何结构的膝关节有限元模型的可行性,模型有效性通过与相关尸体实验研究数据对比验证,并通过对模型施加134N后移载荷、5N.m外旋及内翻载荷计算膝关节在中立位0°、屈膝30°、60°及90°度时后交叉韧带承受的应力及分布。目的1、建立具有良好生物逼真度的包含后外侧角真实几何结构的膝关节有限元模型,并通过相关实验数据验证模型有效性。2、运用已验证的拥有较好生物逼真度的膝关节有限元模型探讨后外侧角完全损伤对后交叉韧带应力的影响,计算后外侧角完全损伤前后后交叉韧带承受的应力及其分布情况。材料和方法对健康成年志愿者(男,25岁)左膝关节进行CT和MRI扫描,将CT和MRI数据导入Mimics10.0软件,并在此基础上建立膝关节的几何模型。将具有几何数据的IGES文件导入有限元前处理软件Hypermesh中,并划分有限元网格。在相关尸体实验基础上定义材料属性、载荷、边界条件等,并在Ls-dyna软件中计算膝关节在中立位0°,屈膝30°,60°和90°时的运动学变化。在验证模型有效性后,利用该模型进一步计算后外侧角完全损伤前后后交叉韧带承受的应力及分布。研究结果1.成功地建立了具有后外侧角结构的三维非线性有限元模型,整个模型由4278个单元、4193个节点组成,模型在各种设定工况条件下的输出结果与尸体实验数据具有良好的可比性。2.完全切断后外侧角后,对胫骨施以134N后移力,后交叉韧带承受的应力在所有屈膝角度均有增大,在中立位0°时增大最明显,增幅为24.9MPa;应力分布最集中的部位较切断前无明显变化。3.切断后外侧角后在5Nm外旋力矩载荷下,后交叉韧带承受的应力在中立位0°和屈膝60°均有增大,在屈膝30°时增幅最大,增幅为22.6MPa,屈膝90°时有所减小;屈膝30°和90°时后交叉韧带应力分布最集中的部位有明显变化,均位于实质部。4.切断后外侧角后,对胫骨施以5Nm内翻力矩,后交叉韧带承受的应力在所有屈膝角度均有明显增加,在中立位0°时增幅最大,增幅为22.2MPa;后交叉韧带应力分布最集中的部位在中立位0°和30°时有明显变化,分别位于股骨止点附近和股骨、胫骨止点附近及实质部。研究结论1.我们成功地建立了包含后外侧角的膝关节有限元模型,并验证了其有效性,可进一步用于相关的生物力学分析研究。2.切断后外侧角后,在后移、外旋、内翻载荷下后交叉韧带承受的应力在接近伸膝位时均有显著增加。3.载荷的类型、屈膝角度、后外侧角的完整性等因素均会影响后交叉韧带上的应力分布,后外侧角的损伤会增加后交叉韧带损伤的几率。