有限元法分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.35.002

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

骨重建：是指骨组织的形态和密度随着生物力学环境的改变而改变的生理行为。在载荷较高的区域，骨的质量和密度发生增长；而在载荷较低的区域，骨的质量和密度发生下降。骨组织这种用则变强、废则变弱的特征体现了其对生物力学环境的适应性，从而能够在特定的力学环境下用最少的骨量实现最大的承载能力。当骨处于不利的外力环境中时，它的形态和密度会随之发生异常的改变，例如失重环境导致的骨质疏松、植入物引起的应力遮挡等。

膝关节融合：适合于年轻患者、膝关节骨关节炎比较严重、单发性关节炎、全膝关节置换失败者，该方法无法下蹲，对生活上造成不便，不建议常规应用。

摘要

背景：关于全膝关节置换生物力学方面的研究比较多，但有关有限元分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建影响的研究不多。

目的：有限元法分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建的影响。

方法：设计两种材料的膝关节模型，一种为胶原蛋白和钛合金复合材料的功能梯度材料模型，一种为钛合金材料模型，分别建立2种假体材料的胫骨-膝关节假体模型，分析膝关节置换后胫骨近端骨密度分布、胫骨内侧和胫骨外侧的最大应力值、胫骨内侧与假体交界处以及胫骨外侧与假体交界处的最大应力值。

结果与结论：①全膝关节置换后胫骨近端骨密度分布：膝关节假体柄和胫骨平台交界处的胫骨内侧和胫骨外侧的骨密度均比初始状态下降，其中钛合金-胶原蛋白假体模型的应力遮挡作用较钛合金组弱。而假体柄末端胫骨的骨密度较胫骨内侧和胫骨外侧明显增加，出现应力集中现象，其中钛合金假体模型的最大应力较钛合金-胶原蛋白假体模型大；②胫骨内侧和胫骨外侧最大应力：钛合金-胶原蛋白假体模型较钛合金假体模型低，2种假体模型的股骨外侧最大应力值均小于胫骨内侧；③胫骨内侧、胫骨外侧与假体交界处的最大应力：钛合金-胶原蛋白假体模型的应力分布比较均匀；而钛合金假体模型的应力分布出现波动，在托盘和假体柄交界处、假体柄末端等地方出现应力集中现象，2种假体模型的胫骨外侧与假体交界处最大应力值小于胫骨内侧与假体交界处；④结果表明，全膝关节置换后，膝关节假体对胫骨有一定的应力遮挡作用，钛合金-胶原蛋白假体材料假体的应力遮挡作用比钛合金假体弱，能够提高胫骨所承担的应力。

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

ORCID: 0000-0003-3798-4501(王海羽)

关键词: 骨科植入物, 数字化骨科, 全膝关节置换, 胫骨, 近端, 骨重建, 有限元分析, 钛合金, 胶原蛋白, 假体

Abstract:

BACKGROUND: The studies about biomechanics of total knee arthroplasty were more, but the research on finite element analysis of the effect of total knee arthroplasty on proximal tibial reconstruction was not much.

OBJECTIVE: To study the effect of total knee arthroplasty on proximal tibial reconstruction using finite element analysis.

METHODS: We designed knee models of two materials: one was functionally graded material models of collagen and titanium composite materials; another was titanium alloy material model. We created two prosthesis material tibia-knee prosthesis model, and analyzed bone density distribution of proximal tibia, the maximum stress value of the medial tibia and the lateral tibia, and the maximum stress value of medial tibia and prosthesis junction, as well as lateral tibia and prosthesis junction after knee arthroplasty.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Bone density of proximal tibia after total knee arthroplasty: The bone density of the knee prosthesis handle with medial and lateral tibia at the junction of tibial plateau was decreased than that of the initial state. Stress shielding effect was lower in collagen and titanium composite materials of functionally graded material models than that of titanium alloy material model. The bone density of shank end of the tibial prosthesis was obviously increased compared with the medial and lateral tibia, showing stress concentration. (2) The maximum stress value of the medial and the lateral tibia: The maximum stress value of the medial and the lateral tibia in collagen and titanium composite models was lower than that of titanium alloy material model. The maximum stress values of the lateral tibia of collagen and titanium composite models and titanium alloy material model were lower than that of medial tibia. (3) The maximum stress of medial tibia, lateral tibia and prosthesis junction: The stress distribution of collagen and titanium composite models was relatively uniform. The stress distribution of titanium alloy material model showed fluctuation. Stress concentration appeared in pallets and prosthesis junction and the shank end of the prosthesis. The maximum stress values of lateral tibia and prosthesis junction of collagen and titanium composite models and titanium alloy material model were lower than that of medial tibia and prosthesis junction. (4) These findings showed that knee prosthesis has a certain stress shielding effect on tibia after total knee arthroplasty. The stress shielding effect of collagen and titanium composite material prosthesis was lower than titanium alloy material prosthesis, and could improve tibial incurred stress.

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Key words: Arthroplasty, Replacement, Knee, Tibia, Bone Remodeling, Finite Element Analysis, Prosthesis Implantation, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

王海羽，王挺. 有限元法分析全膝关节置换对胫骨近端骨重建的影响[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(35): 5180-5186.

Wang Hai-yu, Wang Ting. Effects of total knee arthroplasty on proximal tibial reconstruction using finite element analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(35): 5180-5186.

图/表（结果） 3

2.1 膝关节置换后胫骨近端骨密度分布情况 由表1可以看出，膝关节置换后，膝关节假体柄和胫骨平台交界处的胫骨内侧和胫骨外侧的骨密度均比初始状态的骨密度下降，见图3，4，表明膝关节假体置入后对胫骨有一定的应力遮挡作用，其中钛合金假体模型的应力遮挡作用最为明显，钛合金-胶原蛋白假体模型的应力遮挡作用较钛合金组弱。

而假体柄末端胫骨的骨密度较胫骨内侧和胫骨外侧的骨密度明显增加，出现应力集中现象，其中钛合金假体模型的最大应力最大，因此临床钛合金假体有时会出现假体松动等并发症。

2.2 胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧和胫骨外侧的最大应力值 钛合金-胶原蛋白假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧最大应力比钛合金假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧最大应力低，表明钛合金假体模型对胫骨内侧的应力遮挡较钛合金-胶原蛋白模型严重，钛合金-胶原蛋白假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨外侧最大应力比钛合金假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨外侧最大应力低，表明钛合金假体模型对胫骨外侧的应力遮挡较钛合金-胶原蛋白模型严重，材料比较软的假体产生的应力遮挡作用比较弱，钛合金-胶原蛋白假体材料可以缓和全膝关节置换后的应力遮挡作用，能够提高胫骨所承担的应力。钛合金-胶原蛋白假体模型和钛合金假体模型的股骨外侧最大应力值均小于胫骨内侧最大应力值，表明胫骨内侧的应力遮挡程度低于胫骨外侧的应力遮挡程度，见表2及图5。

2.3 胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧和胫骨外侧与假体交界处的最大应力值 钛合金-胶原蛋白假体模型胫骨内侧与假体交界处的应力分布比较均匀，而钛合金假体模型胫骨内侧与假体交界处的应力分布出现波动情况，在托盘和假体柄交界处、假体柄末端等地方出现应力集中现象，钛合金-胶原蛋白假体模型胫骨外侧与假体交界处的应力分布比较均匀，而钛合金假体模型胫骨外侧与假体交界处的应力分布出现波动情况，在托盘和假体柄交界处、假体柄末端等地方出现应力集中现象。

由此可见，钛合金-胶原蛋白材料假体比较软，使力能够有效的在假体和胫骨之间传递，应力分布更均匀。钛合金-胶原蛋白假体模型和钛合金假体模型的胫骨外侧与假体交界处最大应力值小于胫骨内侧与假体交界处的最大应力值，表明胫骨内侧与假体交界处的应力遮挡程度低于胫骨外侧与假体交界处的应力遮挡程度，见表3。

参考文献

[1] Petersen SG,Saxne T,Heinegard D,et al. Glucosamine but not ibuprofen alters cartilage turnover in osteoarthritis patients in response to physical training.Osteoarthritis Cartilage. 2010;18(1): 34-40.
[2] Bauerova K,Ponist S,Kuncirova V,et al. Chondroitin sulfate effect on induced arthritis in rats.Osteoarthritis Cartilage. 2011;19(11):1373-1379.
[3] Lammers G,Roth G,Heck M,et al.Construction of a microstructured collagen membrane mimicking the papillary dermis architecture and guiding keratinocyte morphology and gene expression.Macromol Biosci. 2012;12(5):675-691.
[4] Pecchi E,Priam S,Mladenovic Z,et al. A potential role of chondroitin sulfate on bone in osteoarthritis: inhibition of prostaglandin E2 and matrix metalloproteinases synthesis in interleukin-1β- stimulated osteoblasts. Osteoarthritis Cartilage. 2012;20(2):127-135.
[5] Fardellone P,Zaim M,Saurel AS,et al. Comparative efficacy and safety study of two chondroitin sulfate preparations from different origin(avian and bovine) in symptomatic osteoarthritis of the knee.Open Rheumatol J. 2013;7:1-12.
[6] 张弛,叶斌,张海林,等. 抗骨质疏松治疗对老年性膝关节骨关节炎疗效的影响[J]. 实用老年医学,2011,25(4): 346-347.
[7] 彭溶,潘小莉. 糖皮质激素在膝骨性关节炎中的合理应用[J].中国现代医药杂志,2011,13(3):110 -111.
[8] Bostan B,Sen U,Günes T,et al. Comparison of intra-articular hyalu-ronic acid injections and mud-pack therapy in the treatment of knee osteoarthritis. Acta Orthop Traumatol Turc. 2010;44(1):42-47.
[9] 石国勋,任天丽,周红霞,等. 透明质酸盐对骨性关节炎关节液中OPG/ODF的影响[J].吉林医学, 2014,35(9): 1833.
[10] 袁长深,梅其杰,潘奔洲. 膝骨关节炎运动疗法的国外研究进展[J]. 重庆医学,2011,40(22):2281-2283.
[11] Sampson S,Reed M,Silvers H, et al. Injection of platelet-rich plasma in patients with primary and secondary knee osteoarthritis: a pi1ot study. Am J Phys Med Rehabil. 2010;89(12): 961-969.
[12] Kon E,Buda R,Filardo G,et al. Platelet-rich plasma: intra-articular knee injections produced favorable results on degenerative cartilage lesions. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2010;18(4): 472-479.
[13] 郭文青,南秋生,耿登峰. 关节骨关节病综合疗法86例疗效观察[J]. 健康研究,2011,31(5):332-334.
[14] 徐剑锋. 骨性关节炎中关节镜的临床应用分析[J].中国医药指南,2013, 11(10):99-100.
[15] 肖尚领,任宗凯,陈思嘉. 胫骨高位截骨治疗伴膝内翻的膝骨性关节炎[J].中国医药指南,2013,11(19): 587-588.
[16] 乐婉娜.物理疗法联合运动训练治疗膝关节骨性关节炎疗效观察[J].现代实用医学,2010,22(12):1394-1395.
[17] 王玉丽.针灸疗法与物理疗法(超短波和中频) 联合治疗膝关节骨性关节炎的疗效分析[J].健康之路,2013,12(7): 117-118.
[18] 翁茂盛. 硫酸氨基葡萄糖对膝关节骨性关节炎患者MMP-3表达的影响[J].放射免疫学杂志,2012,25(1): 96-98.
[19] 沈兰娟.硫酸氨基葡萄糖治疗膝关节骨性关节炎130例的疗效及护理[J].中国药业,2013,22(7):63-64.
[20] 鲍晓毅.盐酸氨基葡萄糖治疗膝关节骨性关节炎的临床观察[J].中国骨肿瘤骨病,2010,9(4):339-341.
[21] 王义斌.中药治疗膝关节骨性关节炎120例[J].中国中医药现代远程教育, 2012,10(24):26.
[22] 赵强,冯伟.针灸推拿为主治疗膝关节骨性关节炎临床观察[J].天津中医药, 2012,29 (2):196.
[23] 常英,刘亚彬.小针刀治疗膝关节骨性关节炎58例临床观察[J].河北中医, 2011,33(11):1688-1689.
[24] 陈桂新.玻璃酸钠关节内注射治疗膝关节骨性关节炎112例[J].中国药业, 2012,21(23):87.
[25] 黄建新,杨升平,梁庆广.医用臭氧治疗膝关节骨性关节炎的疗效观察[J].中国当代医药,2012,19(7): 51-52.
[26] 王建业,曾锦峰,黄连明.综合方法治疗膝关节骨性关节炎70 例[J].中国医药科学,2012,2(1):64-65.
[27] 吴华军,王新华.五步综合疗法治疗骨性膝关节炎的疗效观察[J].中医正骨,2012,24(2):51-52.
[28] 杨健.透明质酸钠注射联合针刀闭合性手术治疗膝关节骨关节炎65例疗效观察[J].中国医学创新,2010,7(33) : 51-53.
[29] 徐盛文.膝关节骨性关节炎关节镜下治疗体会[J].临床骨科杂志,2010,13(2):198-199.
[30] 梁慧,王小铁,靳江涛.胫骨高位截骨术治疗膝骨关节炎并膝内翻体会[J]. 实用骨科杂志,2011,17(8): 704 -706.
[31] 陈显辉.膝关节置换术后感染的治疗策略[J].中华关节外科杂志(电子版),2010,4(3): 415-418.
[32] 陈福灵,张健.膝关节骨性关节炎治疗进展[J].检验医学与临床,2013,10(12):1596-1598.
[33] 彭侃.人工单髁膝关节置换术治疗膝骨关节炎[J].实用骨科杂志,2013,19(2):106-108.
[34] 杨小春.全膝关节置换术中髌骨置换与髌骨成形对膝关节功能的影响[J].中华骨科杂志,2013,33(3):241 -245.
[35] 崔鲁霞.全膝关节置换术治疗膝骨关节炎57膝的临床观察[J].中华关节外科杂志(电子版),2011,5(6):787-790.
[36] 祝天经.人工膝关节置换手术的疗效评定及功能评定[J].现代康复,2011,5(5):10-11.
[37] 刘建华,余世明,徐栋梁.不同固定表面生物型人工膝关节假体的骨长入实验研究[J].中华关节外科杂志,2012,6(3): 432-437.
[38] 张亚平,高家成,王勇.人工关节材料的研究与展望[J].世界科技研究与发展,2000,22(1):47-52.
[39] 邹俭鹏,阮建明,周忠诚.功能梯度材料设计与制备及性能评价[J].粉末冶金材料科学与工程,2005,10(2):78-87.
[40] Nyman JS, Rodrigo JJ, Hazelwood SJ, et al. Predictions on Preserving Bone Mass in Knee Arthroplasty With Bisphosphonates. J Arthroplasty. 2006;21(1):106-113.
[41] Tawakol AE, Nadia EB. Material selection in the design of the tibia tray component of cemented artificial knee using finite element method. Mat Des. 2013;44: 454-460.
[42] Marjan B, Sahari BB, Edwards KL, et al. Material tailoring of the femoral component in a total knee replacement to reduce the problem of aseptic loosening. Mat Des. 2013;52:441-451.

引言

材料方法

1.1 设计 三维有限元分析试验。

1.2 时间及地点 于2014年5月至2015年7月在南阳市中心医院实验室完成。

1.3 材料

假体材料：膝关节假体原型由DePuy Sigma PFC公司设计，根据膝关节假体原型设计两种材料的膝关节模型，一种为功能梯度材料模型，功能材料为胶原蛋白和钛合金复合材料，复合材料膝关节假体末端是胶原蛋白，顶端是钛合金；另一种为钛合金材料模型。

设备：CT扫描机购自于美国GE医疗公司；计算机工作站为DELLPrecisionT5400图形工作站。

软件：MIMICS 软件(比利时Materialise公司)，Hypermesh软件(美国Altair公司)，ANSYS 软件(美国ANSYS公司)。

1.4 对象 选取35岁男性志愿者1名，身高为175 cm，体质量为69 kg，志愿者身体健康，没有内外科疾病史，没有外伤和手术史，无遗传病和传染病史，拍片和CT胫骨正常。

1.5 方法

1.5.1 获得志愿者胫骨CT资料 CT机对志愿者胫骨进行扫描，扫描厚度为0.6 mm。将CT扫描的胫骨数据保存为DICOM格式。

1.5.2 建立胫骨三维模型对上述CT扫描的胫骨DICOM格式的CT二维图像资料进行三维化转化，并导入Mimics软件中进行处理，并对轮廓进行光滑处理，使用Thresholding命令，通过设置一个灰度值，得到基本的mask文件，然后对其进行优化，在得到合格的 mask文件后，再使用calculate 3D功能将各个mask联结在一起得到三维模型，得到胫骨的三维实体模型保存为MCS格式。

将Mimics中生成的三维模型导出为STL文件，再导入GEOMAGIC软件进行网格划分并优化，并以STL格式导入Mimics生成表面模型后，以LIS格式将表面模型导出，再导入三维有限元处理软件ANSYS，进行图形的进一步处理并进行体网格化。将从ANSYS中所生成的模型，重新输入Mimics中，基于原本Dicom文件中所带有的灰度信息对三维模型进行赋值，将所需要的材料属性分为10个类，采用Mimics自带经验公式为胫骨实体模型赋值，见图1。

1.5.3 建立膝关节假体三维模型参照1.5.2的方法，将膝关节假体原型的实际尺寸数据导入到ANSYS软件中建立三维有限元模型数据，定义材料属性。

1.5.4 建立胫骨-膝关节假体模型将胫骨模型和膝关节假体模型导入到Hypermesh软件，观察网格质量，对网格进行反复优化，直至网格密度合适，选择ABAQUS把膝关节假体模型进行组装，再导入ANSYS软件建立胫骨-膝关节假体的三维有限元模型，见图2。

1.5.5 机械特性设置钛合金的弹性模量分别为 110 000 MPa，钛合金的泊松比设置为0.32，胶原蛋白的弹性模量分别为980 MPa，胶原蛋白的泊松比设置为0.34，胫骨皮质骨的弹性模量为13 800 MPa，胫骨皮质骨的泊松比设置为0.29，胫骨松质骨的弹性模量为680 MPa，胫骨松质骨的泊松比设置为0.21。

1.5.6 边界和载荷的施加设置将胫骨末端固定约束。在胫骨平台上施加1 400 N垂直于胫骨向下的载荷。

1.6 主要观察指标 膝关节置换后胫骨近端骨密度分布，胫骨内侧和胫骨外侧的最大应力值，胫骨内侧与假体交界处和胫骨外侧与假体交界处的最大应力值。

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讨论

膝关节骨关节炎是老年人常患的一种骨关节退行性疾病，对患者的生活和工作造成严重影响。膝关节骨关节炎的治疗应根据患者的临床症状、病程以及年龄等采取个体化治疗，骨关节炎的早期主要是抗炎镇痛治疗，减轻临床症状，延缓疾病的进一步发展，改善膝关节功能，避免膝关节畸形的发生，主要以保守治疗为主，膝关节骨关节炎发展到晚期，保守治疗往往没有明显效果，多采用手术治疗，治疗的目的是减轻临床症状，改善膝关节的活动范围，重建膝关节的稳定性。在保守治疗中，物理疗法能够减轻肌肉的痉挛，缓解膝关节疼痛，改善血液循环，减轻炎症反应^[16-17]；抗炎镇痛药物是膝关节骨关节炎常用的比较有效的药物，可以改善患者的疼痛症状，减轻炎症反应，延缓疾病的发展^[18-20]；中药以及中医针灸推拿治疗可以疏通经络、改善局部血液循环，达到改善临床症状、消肿止痛的效果^[21-22]；小针刀疗法可以松解肌肉纤维、切断粘连韧带，达到止痛作用^[23]；关节腔内给药起效比较快，副反应小，药物直接作用与病灶部位，治疗效果也比较好^[24-25]；综合治疗：对于膝关节骨关节炎，单一治疗方法往往效果不太理想，采用多种方法联合治疗能够取得比较好的效果^[26-28]。

膝关节骨关节炎保守治疗无效时，考虑给予手术治疗，手术治疗有膝关节镜治疗、关节周围截骨、膝关节融合以及膝关节置换。关节镜手术疗效比较好、手术创伤小、术后恢复比较快，关节镜手术近期效果比较好，但不能解决膝关节骨关节炎的根本问题，远期效果尚不明确^[29]；关节周围截骨术适合于膝关节负荷分布不均匀，负重力线不正，或者合并有关节畸形者^[30]；膝关节融合适合于年轻患者、膝关节骨关节炎比较严重、单发性关节炎、全膝关节置换失败者，该方法无法下蹲，对生活上造成不便，不建议常规应用^[31]；人工膝关节置换是治疗膝关节骨关节炎的最终的治疗方法，适合于膝关节骨关节炎晚期，临床症状比较严重，伴有严重的功能障碍患者，分为全膝关节置换、髌骨关节置换和单髁膝关节置换，是修复晚期关节炎比较有效的方法^[32-35]。

在19世纪膝关节置换的膝关节假体主要为铰链式假体以及非铰链式交替，到20世纪，随着生物力学以及生物材料的不断发展，人工膝关节假体在技术和设计方面都有了极大的提高，近年来，人工膝关节置换已经比较成熟，越来越多的患者开始接受膝关节置换^[36]，在膝关节置换术中，假体的磨损和松动是目前面临的主要问题，因此降低膝关节假体的磨损和松动，延长膝关节假体的寿命是人工膝关节置换研究的主要内容。

膝关节置换的固定方式有非骨水泥和骨水泥两种固定方式^[37]，非骨水泥假体要求手术者技术水平比较高，骨水泥固定如果骨水泥应用不当，会直接影响手术效果。限制性骨水泥固定由于应力比较集中，容易造成假体松动等并发症，因此建议限制型膝关节假体对于骨质有破坏缺损、关节稳定性欠佳、膝关节周围组织破坏以及二次手术的患者使用，对于膝关节骨质比较好，首次手术的患者，建议使用非限制型膝关节假体。钛合金和钴合金是目前比较常用的假体材料，钛合金和钴合金的耐磨性和强度都比较好，比较适合临床应用，而对于生物陶瓷材料以及梯度功能材料目前也有研究^[38-39]，但技术尚不成熟。

有限元法能够在计算机平台上对复杂的几何问题进行求解，并且可以重复操作，方法比较简单。由于传统的生物力学研究在人体试验中周期比较常，不能重复操作，成本比较高，使传统的生物力学研究在人体试验中受到限制。三维有限元分析可以克服传统生物力学研究方法的缺点，在人体生物力学的研究中得到广泛应用。在骨重建的研究中，三维有限元法也发挥了重要作用，三维有限元法可以建立胫骨模型，研究膝关节置换后胫骨的骨流失情况^[40]，能够模拟钛合金材料以及功能梯度材料研究不同材料假体对膝关节假体的应力遮挡情况^[41]，可以比较功能梯度材料对股骨远端的应力影响情况^[42]。

目前国内对于全膝关节置换后胫骨近端骨重建的研究不多。文章通过设计胶原蛋白和钛合金复合材料的功能梯度材料模型和钛合金材料模型两种材料的膝关节模型，建立两种假体材料的胫骨-膝关节假体模型，分析膝关节置换后胫骨近端骨密度分布、胫骨内侧和胫骨外侧的最大应力值、胫骨内侧与假体交界处和胫骨外侧与假体交界处的最大应力值。结果发现，膝关节置换后，膝关节假体柄和胫骨平台交界处的胫骨内侧和胫骨外侧的骨密度均比初始状态的骨密度下降，表明膝关节假体置入后对胫骨有一定的应力遮挡作用，钛合金-胶原蛋白假体模型的应力遮挡作用较钛合金组弱，因此临床钛合金假体有时会出现假体松动等并发症。钛合金-胶原蛋白假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧和胫骨外侧最大应力比钛合金假体模型的胫骨-膝关节假体模型胫骨内侧和胫骨外侧最大应力低，表明钛合金假体模型对胫骨内侧和胫骨外侧的应力遮挡较钛合金-胶原蛋白模型严重，材料比较软的假体产生的应力遮挡作用比较弱，钛合金-胶原蛋白假体材料可以缓和全膝关节置换后的应力遮挡作用，能够提高胫骨所承担的应力。钛合金-胶原蛋白假体模型胫骨内侧与假体交界处和胫骨外侧与假体交界处的应力分布比较均匀，而钛合金假体模型胫骨内侧与假体交界处和胫骨外侧与假体交界处的应力分布出现波动情况，在托盘和假体柄交界处、假体柄末端等地方出现应力集中现象，表明钛合金-胶原蛋白材料假体比较软，使力能够有效的在假体和胫骨之间传递，应力分布更均匀。由此可见，全膝关节置换后，膝关节假体对胫骨有一定的应力遮挡作用，钛合金-胶原蛋白假体材料假体的应力遮挡作用比钛合金假体的应力遮挡作用弱，能够提高胫骨所承担的应力。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