老年人骨性关节炎在50岁以前的发病率大约是50%左右,60岁就到70%左右,70-80岁可以到80%甚至90%,骨性关节炎严重影响老年人的生活质量。膝关节共有3个间室分别为内侧间室、外侧间室、髌股间室,当骨性关节炎严重时,需要进行人工关节置换。膝关节单髁置换术是指膝关节单侧的关节置换,单髁置换能有效的帮助患者解决单侧骨性关节炎带来的困扰。从发病位置来看,膝关节外侧关节炎发病率较低,单髁置换主要针对内侧髁置换,同时也适用于骨性关节炎和创伤性关节炎、单胫骨髁或平台的陈旧性骨折、膝内外翻＜15°等症状。单髁置换术后胫骨内侧平台断裂及假体无菌性松动是常见的两种失效形式,单髁假体在膝关节中的安装位置不良或者假体不匹配,都可能导致假体失效或者翻修。在单髁置换手术中,市面上可供选择的单髁假体种类较多,衬垫与股骨假体接触面一致性与否、假体安装位置、假体不同设计等,都会对单髁置换后的膝关节应力分布产生不同的影响。目前临床上有发生在胫骨假体立柱前后侧所对应的骨处发生断裂情况,临床医生怀疑胫骨假体立柱长度对单髁置换后胫骨的生物力学产生影响。为探究人体膝关节单髁置换后生物力学特性以及不同胫骨假体立柱长度对膝关节生物力学的影响,本文主要进行了两个方面的研究工作,一方面建立了A型和B型两种衬垫,A型与股骨假体接触面积大于B型,除接触面积不同外,其余设置均使用相同的方式。研究了衬垫接触面的一致性及假体安装位置对单髁置换后膝关节生物力学的影响。另一方面探究胫骨假体立柱长度的变化对单髁置换后膝关节生物力学的影响。本研究结果有助于选择更合适的假体安装位置,从而降低单髁置换后衬垫脱位、胫骨内侧平台断裂风险,为单髁假体设计提供生物力学参考。具体研究内容如下:（1）自然人体膝关节模型的建立。选取一名受试者,根据其CT扫描图像,利用医学图像建模软件和有限元分析软件建立膝关节有限元模型。模型包含股骨、胫骨、髌骨、腓骨、内外侧半月板、内外侧软骨、内外侧副韧带、前后交叉韧带。并从加载后的应力、位移两个方面,验证了模型的有效性。（2）单髁假体模型建立及装配。使用三维高精度扫描仪,对医院常用单髁假体各部件进行扫描,使用逆向建模软件建立单髁假体模型。建立两种接触面不一致的衬垫模型,在此基础上将单髁假体和衬垫装配到自然膝关节模型中,使用有限元分析法来评估植入单髁置换假体后膝关节的生物力学变化建立多种内翻-外翻工况和后倾工况,分析不同安装位置对单髁置换后膝关节各组织的影响,评估适合受试者的假体安装位置。（3）胫骨假体立柱长度的影响。改变胫骨假体立柱长度,模拟膝关节和假体在不同工况下的应力和位移分布情况,探究了立柱长度变化对膝关节生物力学的影响。综合最佳假体内外翻位置和后倾位置以及胫骨立柱长度模型,与假体中立位模型进行对比分析。通过有限元建模的模拟和分析,可以得到以下主要结论:（1）在1 kN轴向载荷下,衬垫峰值接触压力、前交叉韧带峰值等效应力、外侧半月板峰值接触压力A型均比B型小,5种安装位置下A型在内翻3°时衬垫位移、衬垫峰值接触压力、胫骨峰值等效应力、ACL峰值等效应力均最小。单髁置换时建议假体内翻6°以内,A型B型衬垫需结合患者的其他因素综合分析选择。（2）在1 kN轴向载荷下,后倾3°、5°、7°、时,A型部分部件应力大于B型,在后倾9°时,A型胫骨、外侧半月板、胫骨假体、股骨假体、外侧软骨都比B型应力大。后倾3°到后倾9°B型股骨假体上的应力要小于A型。两种衬垫下,ACL与外侧软骨表现出明显的规律,在后倾3°递增到后倾9°时两者的应力逐渐增加,到后倾11°时减小。综合来看,后倾3°各部件应力较良好。（3）临床使用的胫骨假体立柱长度为34.2 mm,当胫骨假体立柱长度在正常基础上缩短3%时,胫骨假体立柱距离前后骨皮质为5 mm左右,此时胫骨应力、胫骨假体位移、ACL应力,外侧半月板应力、股骨假体应力均处于最小值。受试者本身胫骨内侧前后径长度为53 mm,胫骨假体立柱长度占胫骨前后径62%左右,既能得到良好的固定效果,各部件峰值应力又较小。（4）综合工况下的胫骨、胫骨假体、前后交叉韧带比中立位的应力峰值大,其余所有部件应力峰值均小于中立位。两者除衬垫外所有应力峰值出现的位置大致相同。综合工况可以作为此受试者单髁置换手术的临床方案。