膝盖是身体中最大的关节，每步都有五次我们的体重。体育伤害，事故和关节炎可能会损坏膝盖，需要全膝关节置换。这种手术在美国每年进行约58万次。
Abaqus FEA模型的史密斯和侄子膝关节置换组件用于评估不同部位之间的接触。使用完整模型(上图)与原始股骨(上图)和胫骨(下图)组件进行敏感性分析。对模型(下图)进行了修改，以研究后凸轮接触。
美国矫形外科医生学会称膝关节置换术是20世纪最重要的外科进步之一。自1968年第一个人工膝关节植入以来，这项技术一直在不断发展。目前最常用的手术是全膝关节置换术(TKA)，它用金属和塑料部件代替受损或病变的膝关节表面，以模拟原始关节的功能。根据尺寸和形状，在95%以上的患者中，膝关节植入物表现良好，至少15到20年，其中大多数患者可以实现从0到大约120°的活动范围。
但由于普通膝关节的运动的生理范围是较宽的0至135°，因此一些TKA患者不能返回以前的全功能或活动。一些骨骼显示出对金属植入的非典型响应。而且，随着寿命越来越长，植入物的耐久性变得越来越重要。To drive research and innovation and achieve a greater understanding of knee kinematics, improved mobility, and device robustness for knee patients, Smith & Nephew, the U.K.’s largest medical technology company, founded the European Centre for Knee Research in Leuven, Belgium in 2007. Bernardo Innocenti, ME, PhD. is the Centre’s project manager for numerical kinematics.
一个测试平台其中安装了膝关节假体，以验证Abaqus有限元分析结果。膝盖中心测试
团队使用Simulia的iSight优化软件来识别应变记录仪器的正确定位和
机械夹具的设计和理想厚度。
Innocenti和他的团队使用Simulia的Abaqus统一有限元分析（FEA）软件迅速估计不同参数在TKA的设计或性能方面的影响。Innocenti说：“当您更换膝盖时，您正在尝试用非生物材料如钛，不锈钢和聚乙烯等非生物材料复制生物材料的行为，例如骨骼，软骨和韧带。我拥有模拟ABAQUS所有这些材料的表现所需的一切。“
比较压力中心的图表实验（红色）和数字从Abaqus模型（蓝色）获得
显示了有限元分析预测膝关节假体腓骨和胫骨外侧接触点和医学接触点结果的准确性。
使用人造膝盖建模的一个值得注意的问题是，其力学随着时间的推移大大变化，因为随着关节移动，接触点上的负载和应力保持在运动范围内。每一个更换膝盖都在独特的身体环境中运行。TKA患者腿部运动中的Videof荧光是一种用于监控此功能的可接受的技术。但荧光荧光仅显示腿部和金属插入物的行为，而不是软组织或聚乙烯插入件，该软组织或聚乙烯插入件靠垫的上部和下部（股骨和胫骨部件）之间的接触。这是Innocenti和同事Luc Labey，Me，Phd Regramame的挑战。
他们的研究检查了每次接受史密斯和侄子的旅程双十字架稳定膝关节系统的五个骨关节炎患者，这是一个引导的运动膝盖植入物，专门设计用于在TKA后产生更多的天然运动学。患者在用荧光透视分析的同时进行了许多练习 - 坐着坐着，楼梯攀爬和上升。由此产生的运动学数据用作膝关节植入物的ABAQUS FEA模型的输入。
通过同样的运动将FEA模型放在患者中，因为患者允许股骨和胫骨部件之间的接触点，同时考虑到Videof荧光术未检测到的隐形聚乙烯部分的调节效果。FEA分析支持单独荧光检查的先前接触点位移测量，但具有更平滑，更可靠和一致的模式。
该模型首次实现了股骨凸轮和胫骨桩之间接触的体内分析。“我们用实验结果验证了我们的技术，产生了高质量的指标。我们的发现可以被纳入到未来的设计改进和我们今天向外科医生提出的建议中，”Labey说。
更换膝盖组件接触点的位置(红点)和接触线的旋转(中)
不同的颜色根据对应的弯曲角度)用传统的方法进行比较
透视（A）和ABAQUS FEA模型与透视基于荧光透视的运动学输入（B）
在椅子上升坐的典型的患者。结果支持透视的基本可靠性，但
还说明了使用有限元模型对接触进行更真实估计的重要性
更深入地了解发生的负荷和压力
在摄像机拍摄后的活体接触过程中。
验证他们的ABAQUS模型使Innocenti的团队信心将他们的数据推断到更广泛的TKA LONGEVITY的问题。Innocenti补充说：“这些材料如何随着时间的行为对我们的工作至关重要，因为对磨损的理解对假肢非常重要。”人造膝盖的物理原型在历史上一直受到实验室磨损测试的影响，就像许多其他人造产品一样。它需要超过一百万个膝关节循环，以复制一年散步的磨损。收集足够的真实数据需要多个月的时间来获得有用。然而，通过加速试验周期行走ABAQUS虚拟膝盖假体，史密斯和侄子团队可以在一周内模拟五年散步的效果。
Smith &侄子
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