引用本文： 熊華章, 曾羿, 斯海波, 吳元剛, 沈彬. 膝內側間室骨關節炎單髁置換術有限元分析研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2021, 35(6): 781-785. doi: 10.7507/1002-1892.202101028 復制
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是中老年人群常見退行性疾病，臨床表現為關節疼痛、腫脹、活動障礙等[1]，致殘率高。隨著人口老齡化，OA 發病率逐年上升，我國 60 歲以上人群發病率高達 50%，已成為重大公共衛生問題[2]。膝關節 OA 多從內側間室開始發病，若不及時干預和治療，將發展為全膝 OA。內側間室 OA 的治療主要通過改變膝關節受力模式，達到緩解疼痛的目的。其中，單髁置換術（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）是目前改變膝關節受力模式的主要干預措施之一[3]。
下肢力線恢復、假體精確安放和韌帶受力均衡是 UKA 成功的主要因素，也是維持膝關節正常運動的關鍵因素，膝關節和下肢功能恢復到疾病前狀態的必備條件。雖然 UKA 取得了較好的臨床結果，但仍存在一定失敗風險。Kang 等[4]研究發現 UKA 假體失效時間主要由墊片磨損情況決定，而且 UKA 假體松動比全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）更快，可能與局部應力增加有關。由于膝關節結構和生物力學特性復雜，UKA 治療膝內側間室 OA 仍有很多生物力學問題，比如 UKA 假體內外翻、內外移及后傾角改變是否會引起關節應力的重新分布和應力集中，關節線升高和降低是否影響 UKA 療效和膝關節應力分布等。
近年來，大量研究采用有限元分析（finite element analysis，FEA）方法建立膝關節三維有限元模型，模擬和分析不同加載負荷、不同干預措施（如 UKA）等條件下的膝關節生物力學特性，極大促進了膝關節生物力學領域發展[5]。現對 UKA 治療膝內側間室 OA 的 FEA 研究進展作一綜述。
1 脛骨假體排列對膝關節生物力學的影響
1.1 脛骨假體冠狀面排列對膝關節應力分布的影響
脛骨假體是 UKA 關節系統脛骨側組件，其冠狀面（內外翻）和矢狀面（后傾角）排列對假體壽命和癥狀緩解具有重要影響。研究報道，UKA 脛骨假體冠狀面中立位排列或輕微內/外翻（±3°）排列，可有效延長假體壽命，避免內側副韌帶（medial collateral ligament，MCL）張力過高[6-8]。
Kang 等[4]對固定平臺假體 UKA 進行 FEA 研究，建立了股骨和脛骨假體呈不同內、外翻角度且脛骨假體后傾角均為 5° 的模型。結果發現在整個步態周期中，脛骨內翻、股骨外翻模型的墊片與外側間室關節軟骨的接觸應力均高于中立位模型；在脛骨外翻、股骨內翻模型中 MCL 和外側副韌帶（lateral collateral ligament，LCL）的應力均增加。當膝外翻增加時，MCL 為防止過度膝外翻需提供更大阻力，因此更多負荷將轉移至內側間室，進而導致脛骨假體松動、內側脛骨平臺骨折、膝內側疼痛等問題，這些均是 UKA 翻修常見原因。UKA 內側間室過度填塞可能是 MCL 張力高的主要原因[9-10]，因此 Kang 等[4]及 Innocenti 等[6]認為 UKA 股骨和脛骨假體最佳冠狀面排列為中立位。
Zhu 等[11]對活動平臺假體 UKA 的脛骨假體冠狀面排列進行了研究，建立了脛骨假體從外翻 10° 至內翻 10° 共 11 個 FEA 模型。結果發現：脛骨假體外翻>4° 時，內側皮質骨近端 Von Mises 應力和壓縮應變顯著增加，可能導致殘余疼痛風險增高；脛骨假體內翻>4° 時，脛骨假體龍骨切槽處壓縮應變高于最高閾值，可能導致假體移位風險增高；脛骨假體冠狀面排列角度無論大小，都會引起脛骨切除角處應變增高；外側間室接觸壓力和負荷百分比隨內翻角度增大而增加，這可能導致膝內翻進展。因此，他們認為對于活動平臺假體 UKA，脛骨假體冠狀面排列推薦角度為內翻 4° 至外翻 4°、后傾角為 5°～7°，與 Kwon 等[12]研究結果一致。但 Sasatani 等[13]認為脛骨假體中立位為冠狀面最佳排列。
Dai 等[14]建立了脛骨假體內翻和外翻 FEA 模型，研究活動平臺假體 UKA 術后，不同內、外翻角度脛骨假體對脛骨內側皮質骨應力的影響。結果發現當脛骨假體由內翻變為外翻時，脛骨內側皮質骨應力逐漸增加，而內側平臺下方皮質區則出現 Von Mises 應力峰值。脛骨假體置于外翻 6° 位時，應力峰值幾乎與正常膝關節模型相同，內翻時始終低于正常膝關節模型；相反，松質骨的應力峰值出現在骨槽底部。因此，脛骨假體冠狀面排列會影響 UKA 脛骨近端應力分布，建議脛骨假體輕度內翻，以降低內側皮質骨應力峰值，同時避免增加脛骨假體龍骨端和脛骨內側皮質骨之間的應力。
1.2 脛骨假體后傾角對膝關節應力分布的影響
脛骨假體后傾角是脛骨假體排列重要參數之一，與膝關節穩定性、墊片磨損和其他間室 OA 進展密切相關[15]。脛骨假體后傾角增加可以使膝關節屈曲和股骨髁后滾增加，改善脛股關節面應力分布[16]。Weber 等[17]建立了 UKA 不同脛骨假體后傾角度的 FEA 模型，在屈膝 14°～73° 范圍進行力學分析。結果發現脛骨假體后傾角越大，脛骨外旋越大；隨著脛骨假體后傾角增加，髕骨在滑車溝位置外移和脛骨假體底座位置前移均增加，MCL 和前交叉韌帶的前側應力均增加。Kang 等[18]建立了 9 個不同 UKA 脛骨假體后傾角度 FEA 模型，模擬正常人日常平路行走。結果發現隨著脛骨假體后傾角增加，外側間室關節軟骨面的接觸應力亦增加，而墊片表面的接觸應力降低，脛骨假體后傾角在原脛骨平臺后傾角 ±2° 范圍內變化并不引起膝關節生物力學改變。除該研究外，其他相關研究也得到相似結果[14, 19-20]。
在臨床研究方面，Aleto 等[21]回顧性分析了 32 例 UKA 失敗病例，其中 15 例手術失敗因脛骨假體塌陷所致，脛骨假體前部塌陷病例顯示脛骨假體后傾角平均減少 4.8°，而后側塌陷病例顯示脛骨假體后傾角平均為 12.8°。因此，脛骨后傾角減小和增大是不同部位塌陷的主要原因，局部受力不均是根本原因。該研究結果為脛骨假體最佳后傾角的確定提供了重要指導信息，提示需要綜合考慮患者術前韌帶狀況、脛骨原后傾角和髕骨關節軟骨損傷位置等因素。
上述研究結果提示固定平臺假體 UKA 中，推薦脛骨假體冠狀面排列為 0°（中立位），后傾角為 5°～7°；活動平臺假體 UKA 中，脛骨假體冠狀面排列為內翻 4°～外翻 4°，后傾角為 5°～7°。
2 股骨假體排列對膝關節生物力學的影響
股骨假體的最佳排列位置目前尚未統一，其對術后關節功能和假體壽命的影響仍存在較大爭論[22]，對于避免 UKA 早期失敗風險的股骨假體位置仍需進一步研究。
Kang 等[23]建立了非線性膝關節 FEA 模型，分析膝內側 UKA 不同股骨假體排列位置下膝關節應力分布情況。結果發現在行走步態負荷條件下，墊片接觸應力隨股骨假體中心外移而增加，隨股骨假體中心內移而減小，而外側關節軟骨接觸應力與墊片相反，說明 UKA 股骨假體的最佳排列位置可能是股骨髁遠端中心。Kang 等[24]進一步建立了膝內側 UKA 股骨假體內翻 9° 至外翻 9° 的 FEA 模型，研究動態負荷條件下 UKA 股骨假體排列及其對膝關節接觸應力和側副韌帶生物力學的影響。結果發現墊片接觸應力隨股骨假體外翻角度增加而增加，而外側間室接觸應力隨股骨假體內翻角度增加而增加；MCL 和 LCL 的應力隨股骨假體外翻角度增加而增加。因此，股骨假體位置對側副韌帶和外側間室應力具有重要影響，術中應避免 UKA 股骨假體外翻，特別是外翻超過 9°，這可能會大大增加 MCL 應力。
Park 等[25]從伸直 10° 至屈曲 10° 以 1° 為增量建立多個 UKA 股骨假體模型，研究發現墊片接觸應力隨股骨假體屈曲角度增大而增加，在膝關節屈曲模型外側關節軟骨面接觸應力在站立和雙重支撐期均增加，但伸直時墊片和外側關節軟骨接觸應力增加量無顯著差異；MCL 的應力隨著模型伸直角度增大而增加，隨著模型屈曲角度增加而減小；LCL 則相反。
總的來說，從生物力學上推薦 UKA 股骨假體的排列為股骨遠端中心旋轉中立位，避免 UKA 股骨假體過度屈曲，導致墊片磨損、外側間室 OA 進展和側副韌帶應力增加。
3 術后關節線對膝關節生物力學的影響
膝內側 UKA 關節線變化受脛骨近端、股骨遠端截骨量和墊片厚度的影響[26]。臨床研究發現 TKA 翻修患者中關節線升高>5 mm 者約占 36%[27]，術中 TKA 關節線保留，尤其是翻修 TKA 關節線的保留，是影響手術療效的重要因素[28]。同樣，對于 UKA 來說關節線保留也非常重要[29]。膝內側 UKA 未干擾外側間室解剖結構，關節線的保留完全依賴于內側間室操作，機械軸的矯正主要是通過調節內側脛股關節線來完成[28]。UKA 關節線位置是外科醫生應該重點考慮的參數，墊片厚度不合適將導致關節線升高，可能會對 UKA 術后關節功能和假體壽命產生負面影響。同時，UKA 關節線變化會影響髕骨位置和外側間室應力改變[30]，恢復關節線的正常位置是提高 UKA 假體壽命和臨床結局的重要保障[28]。
Kang 等[28]基于 FEA 模型研究了活動平臺假體 UKA 術后關節線改變對膝關節力學的影響，結果發現關節線升高時墊片上表面和下表面的最大接觸應力均增加，當關節線降低時關節軟骨最大接觸應力不變。關節線升高和降低相同數值時，關節線升高時導致的最大接觸壓力增加程度超過關節線降低時，關節線升高對活動平臺假體 UKA 中墊片表面和關節軟骨面最大接觸壓力的增加或減少很敏感，恢復關節線是獲得良好臨床療效和提高假體壽命的關鍵因素。Kwon 等[29]對活動和固定平臺假體 UKA 的 FEA 研究也得到相同結果。
綜上述，UKA 術后墊片表面和外側關節軟骨面最大接觸壓力對關節線的改變高度敏感，恢復 UKA 關節線是獲得良好臨床療效和提高假體壽命的關鍵因素。
4 FEA 在 UKA 假體改進和不同類型假體比較方面的應用
隨著 UKA 理念的更新和手術技術的發展，UKA 假體類型不斷更新換代，使患者獲得更好的功能，假體生存率也明顯提高，通過 FEA 方法對假體新產品進行臨床前驗證成為一種有效手段。薄型 UKA 股骨、脛骨特殊假體是根據患者股骨和脛骨解剖特點設計的一種定制假體，以達到最低限度骨切除、改善假體對骨的覆蓋范圍為目的。Kang 等[31]對該薄型特殊假體以及目前使用的標準假體進行了比較研究，通過 FEA 方法評估墊片、外側間室關節軟骨和外側半月板的接觸應力。結果發現兩種假體墊片接觸應力相似，但薄型特殊假體外側間室關節軟骨和外側半月板的接觸應力更接近健康膝關節，提示其力學特征更接近正常膝關節，而外側間室接觸應力降低可能降低 OA 進展風險，這可能歸因于保留了更多的股骨和脛骨骨量，使假體與骨之間接觸面積更大、接觸應力減小，更接近正常膝關節生物力學。Patil 等[32]和 van den Heever 等[33]通過 FEA 研究也得到了相同結論，該特殊假體尤其適用于年輕和活動量大的患者。此外，該特殊假體最大優點是理論上完美覆蓋截骨面，避免了骨面過度覆蓋或覆蓋不足，Carpenter 等[34]對 30 例患者觀察發現薄型特殊假體可以明顯減少皮質邊緣懸掛和覆蓋不足。因此，該特殊假體可以恢復正常解剖結構、關節線位置、關節功能和股骨髁后滾，有可能獲得更接近正常的膝關節運動學。
另外，假體材料和假體形狀對應力分布也有影響。研究表明，不同脛骨假體材料對松質骨和皮質骨應力的影響也不同[35-36]。不同類型假體中，活動平臺股骨和脛骨假體形合性較好，能夠減少假體磨損；而固定平臺假體 UKA 應避免過度形合引起局部應力集中導致的加速假體磨損[37]；采用解剖設計假體置換后，膝關節力學功能接近正常[38]。因此，采用截骨量少的解剖型假體 UKA 后膝關節生物力學更接近正常。
5 總結與展望
FEA 方法已被廣泛用于模擬和分析膝內側 UKA 假體安放位置、關節線高度改變及假體設計對膝關節生物力學特性的影響，并取得重大進展，為術前計劃、手術操作、假體選擇及安放、術后評價以及假體設計等提供了重要的生物力學理論依據。但是臨床醫生學習 FEA 周期相對較長、理論研究結果是否能得到及時臨床驗證、患者膝關節結構的個體差異導致 FEA 結果也存在個體差異等，是 FEA 不足之處。隨著研究的深入，FEA 有望走向集成化、網絡化、智能化，并面向臨床一線應用，在關節外科具有良好的應用前景。
作者貢獻：沈彬負責論文構思及設計、文章修改；曾羿負責觀點形成；斯海波負責觀點形成和資料收集；吳元剛負責資料收集；熊華章負責撰寫文章。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突，經費支持沒有影響文章觀點。
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是中老年人群常見退行性疾病，臨床表現為關節疼痛、腫脹、活動障礙等[1]，致殘率高。隨著人口老齡化，OA 發病率逐年上升，我國 60 歲以上人群發病率高達 50%，已成為重大公共衛生問題[2]。膝關節 OA 多從內側間室開始發病，若不及時干預和治療，將發展為全膝 OA。內側間室 OA 的治療主要通過改變膝關節受力模式，達到緩解疼痛的目的。其中，單髁置換術（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）是目前改變膝關節受力模式的主要干預措施之一[3]。
下肢力線恢復、假體精確安放和韌帶受力均衡是 UKA 成功的主要因素，也是維持膝關節正常運動的關鍵因素，膝關節和下肢功能恢復到疾病前狀態的必備條件。雖然 UKA 取得了較好的臨床結果，但仍存在一定失敗風險。Kang 等[4]研究發現 UKA 假體失效時間主要由墊片磨損情況決定，而且 UKA 假體松動比全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）更快，可能與局部應力增加有關。由于膝關節結構和生物力學特性復雜，UKA 治療膝內側間室 OA 仍有很多生物力學問題，比如 UKA 假體內外翻、內外移及后傾角改變是否會引起關節應力的重新分布和應力集中，關節線升高和降低是否影響 UKA 療效和膝關節應力分布等。
近年來，大量研究采用有限元分析（finite element analysis，FEA）方法建立膝關節三維有限元模型，模擬和分析不同加載負荷、不同干預措施（如 UKA）等條件下的膝關節生物力學特性，極大促進了膝關節生物力學領域發展[5]。現對 UKA 治療膝內側間室 OA 的 FEA 研究進展作一綜述。
1 脛骨假體排列對膝關節生物力學的影響
1.1 脛骨假體冠狀面排列對膝關節應力分布的影響
脛骨假體是 UKA 關節系統脛骨側組件，其冠狀面（內外翻）和矢狀面（后傾角）排列對假體壽命和癥狀緩解具有重要影響。研究報道，UKA 脛骨假體冠狀面中立位排列或輕微內/外翻（±3°）排列，可有效延長假體壽命，避免內側副韌帶（medial collateral ligament，MCL）張力過高[6-8]。
Kang 等[4]對固定平臺假體 UKA 進行 FEA 研究，建立了股骨和脛骨假體呈不同內、外翻角度且脛骨假體后傾角均為 5° 的模型。結果發現在整個步態周期中，脛骨內翻、股骨外翻模型的墊片與外側間室關節軟骨的接觸應力均高于中立位模型；在脛骨外翻、股骨內翻模型中 MCL 和外側副韌帶（lateral collateral ligament，LCL）的應力均增加。當膝外翻增加時，MCL 為防止過度膝外翻需提供更大阻力，因此更多負荷將轉移至內側間室，進而導致脛骨假體松動、內側脛骨平臺骨折、膝內側疼痛等問題，這些均是 UKA 翻修常見原因。UKA 內側間室過度填塞可能是 MCL 張力高的主要原因[9-10]，因此 Kang 等[4]及 Innocenti 等[6]認為 UKA 股骨和脛骨假體最佳冠狀面排列為中立位。
Zhu 等[11]對活動平臺假體 UKA 的脛骨假體冠狀面排列進行了研究，建立了脛骨假體從外翻 10° 至內翻 10° 共 11 個 FEA 模型。結果發現：脛骨假體外翻>4° 時，內側皮質骨近端 Von Mises 應力和壓縮應變顯著增加，可能導致殘余疼痛風險增高；脛骨假體內翻>4° 時，脛骨假體龍骨切槽處壓縮應變高于最高閾值，可能導致假體移位風險增高；脛骨假體冠狀面排列角度無論大小，都會引起脛骨切除角處應變增高；外側間室接觸壓力和負荷百分比隨內翻角度增大而增加，這可能導致膝內翻進展。因此，他們認為對于活動平臺假體 UKA，脛骨假體冠狀面排列推薦角度為內翻 4° 至外翻 4°、后傾角為 5°～7°，與 Kwon 等[12]研究結果一致。但 Sasatani 等[13]認為脛骨假體中立位為冠狀面最佳排列。
Dai 等[14]建立了脛骨假體內翻和外翻 FEA 模型，研究活動平臺假體 UKA 術后，不同內、外翻角度脛骨假體對脛骨內側皮質骨應力的影響。結果發現當脛骨假體由內翻變為外翻時，脛骨內側皮質骨應力逐漸增加，而內側平臺下方皮質區則出現 Von Mises 應力峰值。脛骨假體置于外翻 6° 位時，應力峰值幾乎與正常膝關節模型相同，內翻時始終低于正常膝關節模型；相反，松質骨的應力峰值出現在骨槽底部。因此，脛骨假體冠狀面排列會影響 UKA 脛骨近端應力分布，建議脛骨假體輕度內翻，以降低內側皮質骨應力峰值，同時避免增加脛骨假體龍骨端和脛骨內側皮質骨之間的應力。
1.2 脛骨假體后傾角對膝關節應力分布的影響
脛骨假體后傾角是脛骨假體排列重要參數之一，與膝關節穩定性、墊片磨損和其他間室 OA 進展密切相關[15]。脛骨假體后傾角增加可以使膝關節屈曲和股骨髁后滾增加，改善脛股關節面應力分布[16]。Weber 等[17]建立了 UKA 不同脛骨假體后傾角度的 FEA 模型，在屈膝 14°～73° 范圍進行力學分析。結果發現脛骨假體后傾角越大，脛骨外旋越大；隨著脛骨假體后傾角增加，髕骨在滑車溝位置外移和脛骨假體底座位置前移均增加，MCL 和前交叉韌帶的前側應力均增加。Kang 等[18]建立了 9 個不同 UKA 脛骨假體后傾角度 FEA 模型，模擬正常人日常平路行走。結果發現隨著脛骨假體后傾角增加，外側間室關節軟骨面的接觸應力亦增加，而墊片表面的接觸應力降低，脛骨假體后傾角在原脛骨平臺后傾角 ±2° 范圍內變化并不引起膝關節生物力學改變。除該研究外，其他相關研究也得到相似結果[14, 19-20]。
在臨床研究方面，Aleto 等[21]回顧性分析了 32 例 UKA 失敗病例，其中 15 例手術失敗因脛骨假體塌陷所致，脛骨假體前部塌陷病例顯示脛骨假體后傾角平均減少 4.8°，而后側塌陷病例顯示脛骨假體后傾角平均為 12.8°。因此，脛骨后傾角減小和增大是不同部位塌陷的主要原因，局部受力不均是根本原因。該研究結果為脛骨假體最佳后傾角的確定提供了重要指導信息，提示需要綜合考慮患者術前韌帶狀況、脛骨原后傾角和髕骨關節軟骨損傷位置等因素。
上述研究結果提示固定平臺假體 UKA 中，推薦脛骨假體冠狀面排列為 0°（中立位），后傾角為 5°～7°；活動平臺假體 UKA 中，脛骨假體冠狀面排列為內翻 4°～外翻 4°，后傾角為 5°～7°。
2 股骨假體排列對膝關節生物力學的影響
股骨假體的最佳排列位置目前尚未統一，其對術后關節功能和假體壽命的影響仍存在較大爭論[22]，對于避免 UKA 早期失敗風險的股骨假體位置仍需進一步研究。
Kang 等[23]建立了非線性膝關節 FEA 模型，分析膝內側 UKA 不同股骨假體排列位置下膝關節應力分布情況。結果發現在行走步態負荷條件下，墊片接觸應力隨股骨假體中心外移而增加，隨股骨假體中心內移而減小，而外側關節軟骨接觸應力與墊片相反，說明 UKA 股骨假體的最佳排列位置可能是股骨髁遠端中心。Kang 等[24]進一步建立了膝內側 UKA 股骨假體內翻 9° 至外翻 9° 的 FEA 模型，研究動態負荷條件下 UKA 股骨假體排列及其對膝關節接觸應力和側副韌帶生物力學的影響。結果發現墊片接觸應力隨股骨假體外翻角度增加而增加，而外側間室接觸應力隨股骨假體內翻角度增加而增加；MCL 和 LCL 的應力隨股骨假體外翻角度增加而增加。因此，股骨假體位置對側副韌帶和外側間室應力具有重要影響，術中應避免 UKA 股骨假體外翻，特別是外翻超過 9°，這可能會大大增加 MCL 應力。
Park 等[25]從伸直 10° 至屈曲 10° 以 1° 為增量建立多個 UKA 股骨假體模型，研究發現墊片接觸應力隨股骨假體屈曲角度增大而增加，在膝關節屈曲模型外側關節軟骨面接觸應力在站立和雙重支撐期均增加，但伸直時墊片和外側關節軟骨接觸應力增加量無顯著差異；MCL 的應力隨著模型伸直角度增大而增加，隨著模型屈曲角度增加而減小；LCL 則相反。
總的來說，從生物力學上推薦 UKA 股骨假體的排列為股骨遠端中心旋轉中立位，避免 UKA 股骨假體過度屈曲，導致墊片磨損、外側間室 OA 進展和側副韌帶應力增加。
3 術后關節線對膝關節生物力學的影響
膝內側 UKA 關節線變化受脛骨近端、股骨遠端截骨量和墊片厚度的影響[26]。臨床研究發現 TKA 翻修患者中關節線升高>5 mm 者約占 36%[27]，術中 TKA 關節線保留，尤其是翻修 TKA 關節線的保留，是影響手術療效的重要因素[28]。同樣，對于 UKA 來說關節線保留也非常重要[29]。膝內側 UKA 未干擾外側間室解剖結構，關節線的保留完全依賴于內側間室操作，機械軸的矯正主要是通過調節內側脛股關節線來完成[28]。UKA 關節線位置是外科醫生應該重點考慮的參數，墊片厚度不合適將導致關節線升高，可能會對 UKA 術后關節功能和假體壽命產生負面影響。同時，UKA 關節線變化會影響髕骨位置和外側間室應力改變[30]，恢復關節線的正常位置是提高 UKA 假體壽命和臨床結局的重要保障[28]。
Kang 等[28]基于 FEA 模型研究了活動平臺假體 UKA 術后關節線改變對膝關節力學的影響，結果發現關節線升高時墊片上表面和下表面的最大接觸應力均增加，當關節線降低時關節軟骨最大接觸應力不變。關節線升高和降低相同數值時，關節線升高時導致的最大接觸壓力增加程度超過關節線降低時，關節線升高對活動平臺假體 UKA 中墊片表面和關節軟骨面最大接觸壓力的增加或減少很敏感，恢復關節線是獲得良好臨床療效和提高假體壽命的關鍵因素。Kwon 等[29]對活動和固定平臺假體 UKA 的 FEA 研究也得到相同結果。
綜上述，UKA 術后墊片表面和外側關節軟骨面最大接觸壓力對關節線的改變高度敏感，恢復 UKA 關節線是獲得良好臨床療效和提高假體壽命的關鍵因素。
4 FEA 在 UKA 假體改進和不同類型假體比較方面的應用
隨著 UKA 理念的更新和手術技術的發展，UKA 假體類型不斷更新換代，使患者獲得更好的功能，假體生存率也明顯提高，通過 FEA 方法對假體新產品進行臨床前驗證成為一種有效手段。薄型 UKA 股骨、脛骨特殊假體是根據患者股骨和脛骨解剖特點設計的一種定制假體，以達到最低限度骨切除、改善假體對骨的覆蓋范圍為目的。Kang 等[31]對該薄型特殊假體以及目前使用的標準假體進行了比較研究，通過 FEA 方法評估墊片、外側間室關節軟骨和外側半月板的接觸應力。結果發現兩種假體墊片接觸應力相似，但薄型特殊假體外側間室關節軟骨和外側半月板的接觸應力更接近健康膝關節，提示其力學特征更接近正常膝關節，而外側間室接觸應力降低可能降低 OA 進展風險，這可能歸因于保留了更多的股骨和脛骨骨量，使假體與骨之間接觸面積更大、接觸應力減小，更接近正常膝關節生物力學。Patil 等[32]和 van den Heever 等[33]通過 FEA 研究也得到了相同結論，該特殊假體尤其適用于年輕和活動量大的患者。此外，該特殊假體最大優點是理論上完美覆蓋截骨面，避免了骨面過度覆蓋或覆蓋不足，Carpenter 等[34]對 30 例患者觀察發現薄型特殊假體可以明顯減少皮質邊緣懸掛和覆蓋不足。因此，該特殊假體可以恢復正常解剖結構、關節線位置、關節功能和股骨髁后滾，有可能獲得更接近正常的膝關節運動學。
另外，假體材料和假體形狀對應力分布也有影響。研究表明，不同脛骨假體材料對松質骨和皮質骨應力的影響也不同[35-36]。不同類型假體中，活動平臺股骨和脛骨假體形合性較好，能夠減少假體磨損；而固定平臺假體 UKA 應避免過度形合引起局部應力集中導致的加速假體磨損[37]；采用解剖設計假體置換后，膝關節力學功能接近正常[38]。因此，采用截骨量少的解剖型假體 UKA 后膝關節生物力學更接近正常。
5 總結與展望
FEA 方法已被廣泛用于模擬和分析膝內側 UKA 假體安放位置、關節線高度改變及假體設計對膝關節生物力學特性的影響，并取得重大進展，為術前計劃、手術操作、假體選擇及安放、術后評價以及假體設計等提供了重要的生物力學理論依據。但是臨床醫生學習 FEA 周期相對較長、理論研究結果是否能得到及時臨床驗證、患者膝關節結構的個體差異導致 FEA 結果也存在個體差異等，是 FEA 不足之處。隨著研究的深入，FEA 有望走向集成化、網絡化、智能化，并面向臨床一線應用，在關節外科具有良好的應用前景。
作者貢獻：沈彬負責論文構思及設計、文章修改；曾羿負責觀點形成；斯海波負責觀點形成和資料收集；吳元剛負責資料收集；熊華章負責撰寫文章。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突，經費支持沒有影響文章觀點。