胫骨旋转对线与后倾角对后稳定型全膝关节置换术生物力学影响的有限元分析

本研究针对后稳定型全膝关节置换术(PS-TKA)中胫骨假体旋转对线(Rotational Alignment)和后倾角(PTS)的联合影响，通过计算机模拟构建个性化三维模型，系统分析了不同参数组合下聚乙烯衬垫接触压力、应力分布及软组织张力变化。结果表明，中性旋转联合<3°后倾角可优化生物力学性能，降低假体磨损风险，为临床假体定位提供量化依据。

　　

膝关节骨关节炎终末期患者常需接受全膝关节置换术(TKA)治疗，但术后10%的患者仍存在疼痛和功能障碍，其中假体位置不良是重要诱因。胫骨假体旋转对线和后倾角(PTS)的设定长期缺乏统一标准，临床依赖经验性操作，可能引发聚乙烯衬垫异常磨损、髌骨轨迹不良等问题。宁波市第六医院关节与运动医学中心联合北京积水潭医院团队通过创新性计算机模拟，首次系统揭示了这两项关键参数的联合生物力学效应。

研究采用健康志愿者CT/MRI数据构建个性化下肢三维模型，通过虚拟手术模拟0°、3°、5°、7°四种PTS结合内旋、中性、外旋三种胫骨旋转对线，利用有限元分析软件ABAQUS计算站立位(0°)和屈膝位(90°)下的力学响应。模型验证阶段最大应力6.185 MPa出现在膝关节内侧间室，与文献报道一致。

接触压力与接触面积
研究发现站立位时聚乙烯衬垫接触面积随PTS增大而减小，屈膝位则呈现相反趋势。中性旋转在站立位产生最大接触面积(0°PTS时达峰值)，而屈膝位时内旋导致接触面积最小。接触压力分布显示，0°PTS+中性旋转组合在站立位产生最小压力(8.77 MPa)，5°-7°PTS则导致应力集中前移。

Von Mises应力分布
0°-3°PTS组的应力分布均匀性显著优于5°-7°组。峰值应力范围8.77-79.39 MPa，且内/外旋组的最大应力普遍高于中性旋转组。屈膝位时应力集中主要出现在衬垫后柱区域，印证了后稳定型假体凸轮-立柱(Cam-post)机制的力学特性。

软组织张力变化
髌腱(PT)、内侧副韧带(MCL)和股四头肌的张力随PTS增加呈上升趋势。中性旋转在站立位使软组织应力降低40%-60%，但屈膝位时内旋反而表现出保护效应。特别值得注意的是，7°PTS时MCL应力达4.692 MPa，接近生理极限值。

结论表明，过度增加PTS会显著提升聚乙烯衬垫接触应力(增幅达800%)和韧带张力，而中性旋转对线能有效改善应力分布。临床推荐采用<3°PTS联合中性旋转的"黄金组合"，该方案可使接触面积增加15%-20%，同时将峰值应力控制在材料疲劳阈值(20 MPa)以下。这项发表于《European Journal of Medical Research》的研究首次建立PS-TKA三维力学评价体系，为假体精准定位提供了量化标准，对降低翻修率、延长假体寿命具有重要指导价值。讨论部分强调，未来需结合动态步态分析进一步验证，但当前结果已能解释临床常见的早期衬垫磨损和前侧沉降现象，建议术者避免经验性使用>5°PTS。