無傷の大腿骨脛骨関節と変形性膝関節症のストレス応答エンベロープ

Stress response envelopes of intact tibiofemoral joint and knee osteoarthritis.

• Andi Haris
• Vincent Beng Chye Tan

抄録

本研究の目的は、無傷の大腿脛骨関節の応力エンベロープを決定し、有限要素法を用いて、膝への負荷、外転・内転、滑液包の回転、軟骨の劣化（変形性関節症）によってどのように変化するかを研究することであった。エンベロープは膝の屈曲角度で提示した。すべての大腿骨脛骨関節コンポーネントの最大von Mises応力は、軸方向の圧縮力の大きさの増加に伴って増加した。メニスチは大腿骨および脛骨軟骨と比較して、最大フォン・ミーゼス応力の大きさが最も大きかった。屈曲角度が0°から100°の範囲では、内側メニスカスは外側メニスカスよりも最大のフォン・ミーゼス応力を示し、内側メニスカスの応力は屈曲角度の増加に伴って増加する傾向があった。外側-内側回転と金環状腱板の回転は応力分布を変化させた：外側のコンパートメントの応力は高いが、内側のコンパートメントの応力は低い、逆に。内側回転は外側回転よりも極端な効果を示した。変形性膝関節症では、軟骨の劣化（初期）により、無傷の髄膜に最大のvon Mises応力が増加し、変形性膝関節症が髄膜断裂を引き起こす可能性があることが明らかになりました。変形性膝関節症の後期になると、石灰化した軟骨と軟骨下骨に最大von Mises応力が増加することが明らかになった。

The purpose of this study was to determine stress envelopes for an intact tibiofemoral joint and to study how they vary with knee loading, external-internal rotation, varus-valgus rotation and cartilage degradation (osteoarthritis) using the finite element method. The envelopes were presented in terms of knee flexion angle. The maximum von Mises stress for all tibiofemoral joint components increased with increasing the axial compressive force magnitude. Menisci exhibited the highest magnitude of maximum von Mises stress as compared to the femoral and tibial cartilages. In a range of flexion angles between 0° and 100°, the medial meniscus exhibited the highest maximum von Mises stress than the lateral meniscus and the stress in medial meniscus tended to increase with increasing the flexion angle. External-internal and varus-valgus rotations changed the stress distribution: higher stress on lateral compartment but lower stress on medial compartment, and conversely. The internal rotation provided more extreme effect than the external rotation. For the knee osteoarthritis, cartilage degradation (early stage) caused maximum von Mises stress to increase on the intact menisci revealing that knee osteoarthritis could also cause meniscal tear. The late osteoarthritis caused the maximum von Mises stress to increase on the calcified cartilage and subchondral bone.