不同骨密度对膝关节单髁置换后关节内各结构影响的三维有限元分析

doi:10.12307/2024.613

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (24): 3801-3806.doi: 10.12307/2024.613

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

不同骨密度对膝关节单髁置换后关节内各结构影响的三维有限元分析

刘蒙飞1，马鹏程2，尹灿1，姜侃1，巨啸晨1

1新疆医科大学第六附属医院关节外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000；2山东省公共卫生临床中心骨科，山东省济南市 250000

收稿日期:2023-06-26 接受日期:2023-08-09 出版日期:2024-08-28 发布日期:2023-11-20
通讯作者: 巨啸晨，副主任医师，新疆医科大学第六附属医院关节外科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000
作者简介:刘蒙飞，男，1992年生，河南省洛阳市人，汉族，新疆医科大学在读硕士，主要从事骨与关节损伤研究。马鹏程，男，1996年生，河北省石家庄市人，硕士，医师，主要从事骨与关节损伤研究。

Three-dimensional finite element analysis of effects of different bone densities on various intraarticular structures after unicompartmental knee arthroplasty

Liu Mengfei1, Ma Pengcheng2, Yin Can1, Jiang Kan1, Ju Xiaochen1

1Department of Joint Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2Department of Orthopedics, Shandong Public Health Clinical Center, Jinan 250000, Shandong Province, China

Received:2023-06-26 Accepted:2023-08-09 Online:2024-08-28 Published:2023-11-20
Contact: Ju Xiaochen, Associate chief physician, Department of Joint Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Liu Mengfei, Master candidate, Department of Joint Surgery, Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China Ma Pengcheng, Master, Physician, Department of Orthopedics, Shandong Public Health Clinical Center, Jinan 250000, Shandong Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

单髁置换术：作为一种保膝手术，仅对病变间室进行置换，可保留交叉韧带和健侧间室，最大程度恢复关节的本体感觉和运动功能，能够有效缓解膝关节疼痛，改善患者生活质量。
有限元分析法：是一种工程数学方法，用于模拟材料或结构在不同条件下的力学行为。在引入骨科后催生了骨外科学-生物力学这一新兴的交叉学科。该方法已广泛应用在膝关节置换的研究中，以了解膝关节内部结构的应力大小及分布情况。

背景：骨质疏松症是膝骨关节炎患者的常见合并症，不同骨密度对单髁置换的预后有何种影响是目前研究的热点。

目的：通过有限元法研究不同骨密度对内侧固定平台单髁置换后关节内各结构应力大小及分布的影响，评估骨质疏松与并发症的相关性。
方法：利用CT、MRI获取1名志愿者的下肢影像数据，通过Geomagic Studio、Ansys workbench、Mimics等软件构建正常骨质的膝关节有限元模型(T值≥-1.0)，通过改变材料参数建立骨质减少(-2.5 < T值 < -1.0)和骨质疏松(T值≤-2.5)的膝关节有限元模型，并验证有效性。使用布尔运算模拟单髁置换，得到3组骨质的单髁置换模型，在3组模型的股骨髁中心施加垂直向下的1 000 N载荷，观察并比较各模型中半月板、胫骨软骨、聚乙烯衬垫表面、胫骨假体下皮质骨和松质骨表面的应力数据，以及聚乙烯衬垫和胫骨假体下松质骨的应变数据。

结果与结论：①相较于正常骨质组和骨质减少组，骨质疏松组半月板和聚乙烯衬垫表面的应力峰值更大，胫骨软骨的应力峰值更小；②在3组模型中，胫骨假体下皮质骨表面的高应力值随骨质的减少而增大，应力集中于皮质骨的内侧缘，胫骨假体下松质骨表面的高应力值随骨质的减少而降低，应力集中于松质骨的后内侧以及龙骨凹槽的弧形底面；③骨质疏松组聚乙烯衬垫、胫骨假体下松质骨的应变大于正常骨质组和骨质减少组；④骨质疏松会引起单髁置换后膝关节内部结构的生物力学异常，可能会增加并发症的发生率、提高翻修的风险。

https://orcid.org/0009-0006-3302-350X (刘蒙飞)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 膝骨关节炎, 单髁置换, 骨质疏松, 生物力学, 有限元分析

Abstract: BACKGROUND: Osteoporosis is a common comorbidity in patients with knee osteoarthritis. The impact of osteoporosis on the prognosis of unicompartmental knee arthroplasty is a trending topic of current research.
OBJECTIVE: To investigate the effect of different bone densities on the stress value and stress distribution of each structure in the joint after unicompartmental knee arthroplasty using finite element analysis, and to evaluate the correlation between osteoporosis and complications.
METHODS: CT and MRI were adopted to obtain the lower limb image data of a volunteer. Geomagic Studio, Ansys workbench, and Mimics were used to establish a finite element model of the knee joint with normal sclerotin condition (T-value ≥ -1.0). The finite element model of the knee joint with osteopenia (-2.5 < T-value < -1.0) and osteoporosis (T-value ≤ -2.5) was established by changing the elastic modulus, and the validity was verified. The Boolean operation was used to simulate unicompartmental knee arthroplasty, and the unicompartmental knee arthroplasty models of three groups of sclerotin conditions were established. A 1 000 N vertical downward load was applied to the center of the femoral condyle of the three models. The stress data of the meniscus, the tibial cartilage, the polyethylene liner surface, and the surfaces of the cortical bone and the cancellous bone under the tibial prostheses, as well as the strain data of the polyethylene liner and the cancellous bone under tibial prostheses, were also observed and compared.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with the normal sclerotin group and the osteopenia group, the peak stress of the meniscus and the polyethylene liner surface was larger, and the peak stress of the tibial cartilage was smaller in the osteoporosis group. (2) In the three models, the high-stress value of the cortical bone under the tibial prostheses increased with osteopenia, and the stress was concentrated on the internal edge of the cortical bone. The high-stress value of the cancellous bone under the tibial prostheses decreased with osteopenia, and the stress was concentrated on the posteromedial side of the cancellous bone and the curved bottom of the keel groove. (3) The strain data on the polyethylene liner and cancellous bone under tibial prostheses in the osteoporosis group were greater than those in the normal sclerotin and osteopenia groups. (4) Osteoporosis can cause biomechanical abnormalities of the internal structure of the knee joint after the treatment of unicompartmental knee arthroplasty, which may increase the incidence of complications and the risk of re-surgery.

Key words: knee osteoarthritis, arthroplasty, osteoporosis, biomechanics, finite element analysis

中图分类号:

刘蒙飞, 马鹏程, 尹灿, 姜侃, 巨啸晨. 不同骨密度对膝关节单髁置换后关节内各结构影响的三维有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(24): 3801-3806.

Liu Mengfei, Ma Pengcheng, Yin Can, Jiang Kan, Ju Xiaochen. Three-dimensional finite element analysis of effects of different bone densities on various intraarticular structures after unicompartmental knee arthroplasty[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(24): 3801-3806.

图/表（结果） 6

2.1 模型验证结果正常骨质膝关节有限元模型的节点数为781 477个，单元数为517 335个。轴向加载实验结果示，内、外侧半月板的等效应力峰值分别为15.76 MPa和7.95 MPa，内、外侧股骨软骨的等效应力峰值分别为3.77 MPa和3.28 MPa，内、外侧胫骨软骨的等效应力峰值分别为4.10 MPa和3.37 MPa，内、外侧间室的载荷比例分别为58.2%和41.8%，与文献结构相近，模型有效[12，17-18]。前抽屉实验结果示，胫骨前侧中点的位移为4.93 mm，与文献的结果相近，模型有效[12]，见表2。

2.2 单髁置换有限元模型中各部位的应力数据
2.2.1 半月板、胫骨软骨以及聚乙烯衬垫表面的等效应力峰值及应力分布正常骨质组、骨质减少组和骨质疏松组半月板的应力峰值分别为11.76，11.86，12.08 MPa，胫骨软骨的应力峰值分别为4.66，4.64，4.62 MPa，聚乙烯衬垫表面的应力峰值分别为25.11，25.15，25.26 MPa。衬垫表面的应力峰值明显大于其他结构，随着骨质的减少，半月板和衬垫表面的应力峰值逐渐增大，胫骨软骨的应力峰值逐渐减小，3组模型中半月板、胫骨软骨以及衬垫表面的应力分布基本一致。见图4-6。

2.2.2 胫骨假体下皮质骨和松质骨表面的高应力值及应力分布 3组模型中胫骨假体下皮质骨表面的应力主要集中在其内侧缘。随着骨质的减少，皮质骨的应力逐渐增大，骨质减少组和骨质疏松组的皮质骨高应力值相较于正常骨质组分别增加5%，28%(P < 0.05)。胫骨假体下松质骨表面的应力主要集中在其后内侧以及龙骨凹槽的弧形底面。胫骨假体下松质骨表面的高应力值随骨质的减少而下降，骨质减少组和骨质疏松组的高应力值相较于正常骨质组分别降低12%，22%(P < 0.05)。见表3，图7，8。

2.2.3 聚乙烯衬垫和胫骨假体下松质骨的应变 3组模型中聚乙烯衬垫的应力主要集中在股骨假体和衬垫接触的类圆形区域内，随着骨质的减少，该区域的应变逐渐增大，骨质减少组和骨质疏松组的应变相较于正常骨质组分别增加5%，21%(P < 0.05)。胫骨假体下松质骨的应变集中在其后内侧，松质骨的应变也随骨质的减少而增大，骨质减少组和骨质疏松组的应变相较于正常骨质组分别增加29%，71%(P < 0.05)，见表4。

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引言

膝关节是人体最大的承重关节，也是骨关节炎最好发的部位，85%的骨关节炎发生在膝关节[1]。60岁或以上成年人膝骨关节炎的患病率男性约为10%，女性约为13%[2]。膝骨关节炎的病理特征主要包括关节软骨退变和骨质增生，这些病理改变常发生于膝关节的内侧间室，而不累及其他部位，此现象为膝关节单髁置换术的应用提供了现实基础[3]。单髁置换作为一种保膝手术，由于十字韧带和健侧间室的保存，可以最大程度恢复关节的本体感觉和运动功能，此外该术式还具有出血少、住院时间短等优点。然而，与应用最广泛的全膝关节置换术相比，单髁置换术的翻修率较高，其5年翻修率为7%-15%[4]。单髁置换的高翻修率与术后并发症高度相关，例如：健侧间室骨关节炎、假体松动和骨折等，上述并发症由多种因素引起，其中较为关键的是患者的骨质情况。大多数膝骨关节炎患者同时伴有不同程度的骨质疏松症，骨质疏松会使骨的脆性增加、韧性降低，这可能会对膝关节内部结构产生负面影响。
骨质疏松症是由多种原因导致的骨密度和骨质量下降，骨微结构破坏，造成骨脆性增加，从而容易发生骨折的全身性骨病。骨量丢失已被证明与假体周围骨折、无菌性松动等有关[5]。对于全膝关节置换术，CONLISK等[6]研究表明骨质疏松与术后假体松动、假体周围骨折等并发症有关；LEE等[7]研究显示骨质疏松会造成胫骨假体移位。对于单髁置换术，HOUSKAMP等[8]指出骨质疏松是该术式失败的重要原因。然而，目前关于不同骨密度对膝关节置换预后影响的有限元研究较少，特别是适应证相对严格的单髁置换术，不同骨密度可能会导致术后关节内部结构的应力应变不同。因此，有必要从生物力学角度阐明不同骨密度对单髁置换预后的影响。
有限元分析是一种基于计算机技术的生物力学研究方法，在膝关节置换后的康复和人工假体材料的研发等方面应用广泛[9]。该方法的优势在于可以对材料的力学特性进行定量研究，数据更加直观，且不受实验条件的限制[10]。然而，目前关于单髁置换术的有限元分析较少，并且现有的单髁置换模型大多基于正常人的膝关节建模，对患者骨质的实际情况缺乏代表性。因此，该研究旨在使用有限元分析法建立正常骨质、骨质减少和骨质疏松的单髁置换模型，施加载荷后比较各模型内部结构的应力和应变，探讨骨质疏松与假体松动、假体周围骨折等并发症的相关性，为患者的选择和治疗方案的制定等决策提供参考。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计正常骨质、骨质减少和骨质疏松单髁置换模型的建立及有限元分析。
1.2 时间及地点实验于2023年2-5月在新疆医科大学第六附属医院完成。
1.3 材料
1.3.1 影像学资料资料来自1名健康女性志愿者，年龄34岁，骨与关节未见畸形，无膝关节病史。志愿者已签署试验知情同意书。拍摄双下肢全长1∶1正侧位片，结果显示胫股关节间隙、髌股关节间隙及股骨角均在正常范围内，无明显病理改变。使用128排螺旋CT扫描仪扫描双下肢全长，层厚0.6 mm，显示骨骼的细微结构。使用3.0T核磁共振扫描仪扫描右侧膝关节，层厚1 mm，扫描范围为右侧膝关节髌骨中点上、下15 cm，显示软组织和关节软骨的形态，影像数据以Dicom格式储存。
该研究的实施符合新疆医科大学第六附属医院的相关伦理要求，医院伦理批件号：LFYLLSC20210820-05。
1.3.2 硬件配置 Dell Precision 7920塔式工作站(CPU：英特尔至强铂金 8260，内存：256G，显卡：NVIDIA® RTX™ A4500)。
1.3.3 软件配置医学建模软件Mimics 20.0(Materialise公司，比利时)；专用制图软件NX 1911(Siemens公司，德国)；专用分析软件Ansys workbench 2019(ANSYS公司，美国)；逆向工程软件Geomagic Studio 2014(3D Systems公司，美国)。
1.3.4 假体选择 Sled固定平台单髁假体(LINK公司，德国)。
1.4 方法

1.4.1 正常骨质膝关节有限元模型的建立将志愿者CT数据导入Mimics软件，并进行图像处理和重建。首先进行图像配准，然后分离和修整各骨骼结构的蒙版，以得到更加准确的下肢重建模型，将其数据储存为STL文件。见图1。将MRI数据导入Mimics软件，由于软组织的灰度差异不明显，所以手动绘制软组织的轮廓，并分离出各韧带、软骨和半月板的蒙版，进行三维重建和模型优化，储存为STL文件。

将各结构的STL文件导入Geomagic Studio软件进行光滑、网格修复以及曲面拟合，再将处理后的模型数据导入NX 1911，并按照骨骼与软组织的解剖关系进行组装，得到正常膝关节的三维实体模型，以STP格式储存。将STP文件导入Ansys workbench中，采用10节点对所有结构进行网格划分，逐一划分生成壳网格，网格单元为四面体，骨骼网格大小为 2.0 mm，其他结构网格大小为1.0 mm。针对不同的结构，设置不同的材料属性，各韧带设置为各向同性、超弹性材料，其余结构诸如骨骼、软骨和半月板则设置为各向同性、线弹性材料[11]。对各结构赋予对应的材料参数，包括弹性模量及泊松比[11-12]，见表1。另需验证模型是否可以收敛，将两个相邻网格之间5%以内的相对变化视为可收敛[13]。

设置模型的边界条件，建立的接触对包括双间室的股骨软骨和半月板、胫骨软骨和半月板、股骨软骨和胫骨软骨，将骨与软骨、骨与韧带、半月板与胫骨软骨之间设置为绑定[14]。考虑到关节腔内含有关节液，摩擦力很小，因此将股骨软骨与半月板、股骨软骨与胫骨软骨之间设置为无摩擦有限滑移接触[15]。为了还原股骨和胫骨在伸直位的相对位置，需要将股骨上表面耦合成一点，并将该点创建集合，胫骨和腓骨远端完全约束，股骨仅约束屈曲活动[16]。最后，创建正常膝关节的三维有限元模型，见图2。

1.4.2 正常骨质膝关节有限元模型的验证采用轴向加载实验、前抽屉实验对模型进行验证[17-18]。轴向加载实验：将胫骨和腓骨远端完全约束，股骨仅约束屈曲活动。从目前国内外相关研究中可以看出[11，19]，单腿站立时施加的载荷要在2倍体质量左右，而双腿站立时，施加的载荷在1倍体质量左右。该研究以股骨髁中心为参考点，对模型施加1 000 N载荷，方向垂直向下。观察内外侧间室的应力数据，并与文献进行比较，以验证有效性。前抽屉实验：耦合的胫腓骨仅限制屈伸方向的自由度，股骨完全约束6个方向的自由度，以胫骨内外侧髁的中点为加载点，施加134 N的载荷，方向向前，观察胫骨前侧中点的位移距离，与文献比较验证其有效性。
1.4.3 正常骨质单髁置换有限元模型的建立选择匹配的Sled假体，使用FreeScanX5 3D扫描仪扫描假体的影像数据，并建立假体的实体模型。在NX 1911软件中利用布尔操作，按照单髁置换术的规程模拟截骨，在前交叉韧带止点的内侧、胫骨的前缘垂直截骨，以胫骨长轴为参考，在冠状面内外翻 0°、矢状面后倾 7°的位置水平截骨，去除内侧半月板和内侧胫骨软骨，之后行股骨远端及股骨后髁截骨，利用网格编辑功能去除内侧间室的股骨软骨，保留外侧间室的半月板和胫骨软骨以及膝关节各条韧带。将假体装配在截骨面上，其标准位置设定为股骨假体位于股骨内髁的中央、胫骨假体最大限度的覆盖截骨面[20]。骨水泥填充在假体和截骨面之间的1 mm间隙内，甲基丙烯酸甲酯骨水泥设置为各向同性、线弹性材料[21]。最终创建出正常骨质的单髁置换有限元模型，见图3A。

1.4.4 骨质减少和骨质疏松单髁置换有限元模型的建立参照正常骨质单髁置换模型的建立过程，依次建立骨质减少和骨质疏松的单髁置换有限元模型。建立骨质疏松模型时需要参考骨质疏松骨的骨密度，并按照骨密度和弹性模量之间的关系，计算骨质疏松骨的弹性模量。与正常骨质组相比，骨质疏松组松质骨的弹性模量下降66%，皮质骨的弹性模量下降33%[22-23]。由于骨质减少组的骨密度是一个范围，而模型的参数设置只能取范围内的特定值，因此将骨质减少组松质骨的弹性模量设置为正常骨质组的67%，皮质骨的弹性模量设置为正常骨质组的83.5%，最终建立骨质减少和骨质疏松的单髁置换模型，见图3B，C，3组模型中各结构的材料参数见表1。

1.5 加载条件及主要观察指标 3组模型均以股骨髁的中心为加载点，施加垂直向下的1 000 N载荷。观察指标包括半月板、胫骨软骨、聚乙烯衬垫表面的等效应力峰值及应力分布，胫骨假体下皮质骨和松质骨表面的高应力值及应力分布，聚乙烯衬垫和胫骨假体下松质骨的应变。
1.6 统计学分析使用SPSS 26.0软件进行统计学分析，高应力值定义为应力最大的前3个点数值的均值。以单因素方差分析比较正常骨质组、骨质减少组及骨质疏松组的应力数据，满足正态分布的数据以x±s表示，P < 0.05为差异有显著性意义。该文统计学方法已经新疆医科大学生物统计学专家审核。

讨论

近年来，单髁置换术已成为治疗单间室膝骨关节炎的常见术式。然而，与其他术式相比，其手术数量仍然偏少，术后并发症导致的高翻修率限制了该术式的普及，相关并发症的成因及防治策略是目前研究的焦点。影响单髁置换术预后的因素有很多，主要包括患者选择、假体设计以及假体定位，其中根据适应证选择适合手术的患者是决定预后的关键步骤[24]。既往关于单髁置换术适应证的研究常聚焦于患者的体质量指数以及交叉韧带的完整性，而针对患者骨质情况的研究较少[25-26]。目前有临床证据表明骨质疏松对单髁置换的预后有一定影响，但其引起的生物力学效应仍需进一步探讨。
有限元分析法在骨科生物力学的研究中应用广泛，既往研究常建立正常骨质的单髁置换模型，而缺乏对非正常骨质模型的研究[27-29]，因此该研究建立了骨质减少、骨质疏松的单髁置换模型，并与正常骨质模型进行对比分析。研究结果显示，骨质疏松模型中聚乙烯衬垫表面的应力峰值大于其他模型，由于术后载荷主要分布于内侧间室，加之外侧间室中软骨和半月板的弹性模量远小于内侧间室的胫骨假体，所以随着骨质的减少，外侧间室的结构更易变形，载荷逐渐转移到变形能力较弱的衬垫上，致使其应力增大。假体的磨损和松动均为翻修的常见原因，衬垫的应力过大会导致聚乙烯磨损，产生的碎屑会刺激机体释放炎症因子，从而引起骨溶解，促进软骨和半月板细胞的凋亡，增加假体松动的风险[30]。由于骨质减少的程度和衬垫应力增大的程度呈正比，所以伴有骨质疏松的患者更应警惕假体磨损和松动的发生。对于预防衬垫磨损，除积极治疗骨质疏松外，还可以使用耐磨性更好的材料制作衬垫，另外避免假体的对齐不良也十分重要，因为不合理的假体置入位置也会显著增加衬垫的应力。
健侧间室骨关节进展是单髁置换的常见并发症，由应力作用下胫骨软骨的快速退变所致，严重时需翻修为全膝关节置换[31]。研究结果显示，随着骨质的减少，胫骨软骨的应力峰值降低，这是因为骨质疏松时胫骨软骨下方骨骼的弹性模量显著降低，且软骨本身的弹性模量也较低，所以大部分应力可转化为弹性势能。此外，根据该研究的结果，骨质疏松时载荷向内侧间室转移，衬垫的应力和应变增大，同时外侧间室的载荷减小，且主要由半月板分担，这也导致了软骨的应力降低。骨质疏松时，虽然胫骨软骨的应力下降，但半月板的应力升高，可能会增大半月板损伤的风险，所以应仔细评估此类患者的半月板状态，必要时可采用其他术式。
胫骨假体下松质骨和皮质骨的应力数据对预测假体塌陷、假体周围骨折等并发症有重要意义[32]。该研究结果显示，骨质疏松模型中假体下松质骨的高应力值小于正常骨质模型，且差异有显著性意义。究其原因，首先是骨质疏松时松质骨的弹性模量下降66%，其将应力转化为弹性势能的能力显著增强，这与该研究中“松质骨的应变随骨质的减少而增大”这一结果相互印证；其次，由于皮质骨的弹性模量仅下降33%，故松质骨与皮质骨、金属背衬的弹性模量差值增大，金属背衬的应力遮挡作用增强，更多的应力被皮质骨承担。假体下松质骨的应力过小可能会引起骨吸收，形成骨质疏松与骨吸收的恶性循环，并影响假体与截骨面的紧密压配[33]。与松质骨相反，载荷转移和应力遮挡导致皮质骨的高应力值随骨质的减少而增大，加之皮质骨与假体的接触面积很小，骨质疏松时皮质骨的刚度又减弱，3种因素共同作用导致发生假体周围骨折的概率大幅升高，由此可见，积极治疗骨质疏松并采取其他保护骨骼的措施对降低翻修率尤为重要。
胫骨假体下松质骨应变发生的主要部位与胫骨假体放置时的后倾角度相关。该研究结果显示，松质骨的主要应变部位与应力部位相一致，集中于松质骨的后内侧部，这可能是后倾角放置导致的，加之胫骨假体下皮质骨的主要应力部位在其内侧缘，假体周围骨折很可能会发生在胫骨假体下后内侧。随着骨质的减少，该区域松质骨的应变逐渐增大，皮质骨的应力也逐渐增大，胫骨假体龙骨在凹槽中的作用力由垂直作用力逐渐变为向后内侧的滑出力，从而导致胫骨假体松动，骨质疏松组更明显，此时如果后倾角放置偏大，可能会加重这一恶性影响。因此，除了积极治疗骨质疏松外，在手术中也要注意胫骨假体后倾的放置角度。
该研究的局限性包括：第一，基于单个志愿者的影像资料构建有限元模型，未考虑体质量、性别等因素对结果的影响；第二，仅模拟了膝关节在伸直位静态载荷时的受力情况，未对膝关节的屈伸、旋转等角度进行动态模拟；第三，假体和截骨面之间、半月板和软骨之间均设置为绑定，未考虑结构间可能存在的微动；第四，软骨、半月板均为含有一定水分的双相结构，具有黏弹性，半月板的纤维排列也存在各向异性，该研究简化了材料属性，这可能对结果有一定影响[34-35]；最后，在单髁置换模型中，所有假体均位于标准位置，仍需进一步确定最佳的假体置入位置，使模型更加精确。
该研究的优势在于采用先进的参数化建模法，建立了不同骨质的单髁置换模型，模型种类新颖，建模过程科学。通过分析模型内部各结构的应力参数，揭示了骨量减少、骨质疏松对各结构的生物力学影响，研究结果对于临床有一定的参考价值。从生物力学角度看，骨质疏松对单髁置换后的半月板、聚乙烯衬垫、胫骨假体下松质骨和皮质骨均有负面作用，可能会促进松质骨的骨吸收，并加剧其余结构的退变与损伤。对于伴有骨质疏松且接受单髁置换的患者，围术期应系统治疗骨质疏松，手术时应避免暴力操作损伤骨骼，应选择力学效应更好的假体并将其置入到合理位置，术后应避免过度运动，以最大程度降低由应力异常引起的翻修风险。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

不同骨密度对膝关节单髁置换后关节内各结构影响的三维有限元分析

Three-dimensional finite element analysis of effects of different bone densities on various intraarticular structures after unicompartmental knee arthroplasty

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