后穩定型全膝關節假體已經被廣泛應用于骨科臨床治療膝骨關節炎，但是脛骨襯墊立柱的磨損、斷裂以及假體松動等失效問題依然困擾著患者和醫生。了解患者體內膝關節假體的生物力學特性有利于降低術后的假體翻修率和患者不滿意度。本文針對6種不同后穩定型全膝關節假體分別建立了全膝關節置換的骨肌多體動力學模型，在模擬走路、右轉和下蹲3種生理活動下，對比研究了6種后穩定型全膝關節假體的生物力學差異。結果表明，在走路、右轉和下蹲活動中PFC Sigma和 Scorpio NGR兩種假體的立柱所受接觸力較大，增加了立柱斷裂和磨損破壞以及假體早期松動的風險。Gemini SL的螺旋型立柱設計更有利于膝關節的內外旋轉運動，同時避免了立柱邊沿接觸磨損。后穩定型全膝關節假體矢狀面較低的關節面匹配度設計和較晚的立柱-凸輪相遇接觸設計將導致較大的前后平移運動。本文為臨床指導醫生選擇、改進假體設計和降低假體失效提供了理論支撐。
單髁膝關節置換術（UKA）中假體的手術安裝精度是影響術后膝關節功能和假體壽命的重要因素。本文以UKA股骨部件相對脛骨襯墊內外側位置的比值（a/A）為參數，分別考慮了9種不同股骨部件安裝情況，建立UKA置換的骨肌多體動力學模型并模擬患者術后行走步態，研究UKA手術中股骨部件內外側安裝位置對術后膝關節接觸力、關節運動和韌帶力的影響。結果表明，隨著a/A比值的增大，膝關節內側假體接觸力減小，外側軟骨接觸力增大；膝關節內翻運動、外旋運動和關節后移運動增大；前交叉韌帶力、后交叉韌帶力和內側副韌帶力減小。UKA股骨部件內外側安裝位置對膝關節屈曲伸展運動、外側副韌帶力影響不大。而當a/A≤0.375時，股骨部件與脛骨會產生接觸。為了避免內側假體和外側軟骨承受過高的載荷、產生過高的韌帶力以及內側假體與脛骨碰撞等問題，本文建議醫生UKA手術中安裝股骨部件時a/A比值控制在0.427~0.688范圍內，為UKA手術中股骨部件內外側安裝提供了參考依據。