随着社会的发展以及生活水平的提高,人们对于自身的健康问题越来越重视。膝关节作为人体最重要、最复杂的关节之一,在日常生活中非常容易受到损伤。全膝关节置换术(Total knee arthroplasty, TKA)是治疗膝骨性关节炎的有效手段,已经得到了广泛地应用和发展。手术的治疗效果主要受到假体对位的影响,假体对位不良会导致聚乙烯衬垫过度磨损,从而引起假体的松动。因此,对人体膝关节生物力学性能以及TKA假体对位问题进行研究是很有必要的。本研究从精确建模的角度出发,以人体膝关节为研究对象,采用多种影像采集技术与软件相结合的手段,建立了较为完整的人体膝关节和假体数值模型。同时,参考全膝置换手术过程,对膝关节数值模型进行虚拟截骨,建立TKA膝关节的数值模型。在参考国外有关文献与膝关节解剖学的基础上,确定正常人体膝关节和TKA膝关节的材料属性与边界条件,应用有限元数值仿真技术,进行受力分析,通过正交试验方法,优化假体的定位参数。分析结果表明,对于正常膝关节模型,模拟仿真结果与文献报道的实际结果非常接近,说明采用数值模拟方法可以应用于TKA膝关节模型;对于假体定位的研究,经过正交试验,得到股骨假体和胫骨假体的最佳定位,假体的表面应力显著降低。本研究在建模过程中,将CT、MRI、反向工程技术采集的影像数据导入CAD软件进行处理,所建立的模型在解剖结构上更加贴近于实际情况,为有限元模拟的准确性提供了保障。本研究在优化假体定位的过程中,分别优化了股骨与胫骨假体的定位。除了得到假体最优的定位参数之外,还比较了不同定位因素变化对结果影响的大小。对于股骨假体,内外平移量对结果的影响最大,其次是外旋角度,最后是外翻角度;对于胫骨假体,内外平移量对结果的影响最大,其次是外旋角度,再次是后倾角度,前后平移量的影响最小。这些研究结果对人体生物力学的研究以及TKA手术提供了参考价值及科学指导。