三维髌股关节建模与性能分析在全膝关节置换术中的应用

"何毓珏的博士学位论文，主题是‘髌股关节三维解剖形态建模及其性能研究’，属于机械设计及理论专业，由王成焘教授指导，完成于2005年4月1日，上海交通大学。" 这篇博士学位论文深入探讨了全膝关节置换术后的髌股关节并发症问题，提出了解决方案。在临床实践中，多种因素可能导致髌股关节并发症，如髌骨假体定位不准确、韧带力量失衡、截骨面错误以及假体设计或选择不当。为了改进这些问题，对髌股关节进行深入的力学研究至关重要。 论文主要完成了以下几项工作： 1. 构建了完整的膝关节三维物理（CAD）模型。利用健康志愿者的膝关节CT扫描数据，通过医学图像处理软件获取骨骼轮廓，然后使用CAD软件重建股骨、胫骨和髌骨的三维实体模型。此外，还结合MRI图像来定义肌肉轮廓，构建股四头肌的直线模型，并模拟肌肉的起点和终点。同时，将膝关节间的韧带简化为12条非线性弹性纤维束，根据解剖学知识定位其在骨组织上的附着点。 2. 建立了一个包含股骨、胫骨、髌骨以及相关关节和韧带的三维动力学模型。该模型基于骨骼、肌肉和韧带之间的运动学和力学关系，以股四头肌力为输入，模拟膝关节伸膝运动。通过比较模型计算结果与实验数据，验证了模型的准确性。 3. 研究了全膝关节置换术（TKA）后，假体位置变化对髌股关节性能的影响。在三维模型上，按照临床要求选择合适的假体，分析不同位置参数变化对关节性能的效应，为优化人工关节设计提供了理论基础。 论文的这些研究对于理解膝关节复杂运动机制，预防和解决全膝关节置换术后并发症，以及优化人工关节设计有着重要意义。通过这种详细的三维建模和性能研究，可以为临床实践提供更加精确的理论指导，有助于提高手术效果和患者的生活质量。