基于人體膝關(guān)節(jié)建模的軟骨力學(xué)特性分析.pdf

1、膝關(guān)節(jié)作為人體最復(fù)雜、最大的關(guān)節(jié)位于髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)之間，是下肢活動的樞紐，其重要程度不言而喻。關(guān)于膝關(guān)節(jié)的疾病也越來越受人們的重視，學(xué)者們對膝關(guān)節(jié)的研究也越來越深入了。膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的生物力學(xué)特性成為了近年來研究的焦點(diǎn)。膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)環(huán)境對關(guān)節(jié)的損傷及關(guān)節(jié)炎的病變起到重要影響的作用,因此對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性分析不僅可以膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷發(fā)生的機(jī)制進(jìn)行明確的闡明，而且可以對膝關(guān)節(jié)疾病的診斷和手術(shù)康復(fù)提出科學(xué)的指導(dǎo)和計(jì)劃。近年來科學(xué)研究

2、者們不斷對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性進(jìn)行探索，從開始的有限的物理模型逐漸的轉(zhuǎn)變到了數(shù)學(xué)模型。許多學(xué)者也相繼提出了不同的膝關(guān)節(jié)靜力學(xué)和動力學(xué)模型，但這些模型大部分都是簡單的將膝關(guān)節(jié)的骨性結(jié)構(gòu)簡單的假設(shè)為剛體，而且不考慮摩擦，模型中也不包括膝關(guān)節(jié)的半月板，韌帶，脛股骨軟骨等輔助結(jié)構(gòu)，而這些結(jié)構(gòu)在膝關(guān)節(jié)的運(yùn)功和受力中起著不可替代的作用，對計(jì)算結(jié)果影響較大。由于膝關(guān)節(jié)自身解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和運(yùn)動的復(fù)雜性，研究者們還很難對膝關(guān)節(jié)的力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動做出準(zhǔn)確的描

3、述。
　　軟骨在膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動和受力中起到非常重要的作用，在生理上承受載荷，緩沖壓力，吸收震蕩。根據(jù)膝關(guān)節(jié)軟骨的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，假設(shè)軟骨為均勻各向同性非線性粘彈性，并推導(dǎo)出軟骨的非線性粘彈性本構(gòu)方程，并建立了相應(yīng)的有限元模型對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，得出我們的假設(shè)是合理的。
　　通過對膝關(guān)節(jié)的接觸力學(xué)特性進(jìn)行的模擬，在膝關(guān)節(jié)伸直狀態(tài)承受載荷時，載荷主要是由脛骨平臺內(nèi)側(cè)軟骨承受，內(nèi)側(cè)軟骨的接觸面積占總接觸面積的65％，接觸力占總接觸力的