膝關(guān)節(jié)韌帶三維動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、背景：膝關(guān)節(jié)韌帶損傷非常普遍，據(jù)估計(jì)，在美國(guó)膝關(guān)節(jié)韌帶的發(fā)生率達(dá)到了2/1000，而參與體育活動(dòng)人群的比例更高，其中前交叉韌帶和內(nèi)側(cè)副韌帶的損傷占了90％，每年大約有15萬(wàn)的患者前交叉韌帶損傷。由于膝關(guān)節(jié)的復(fù)雜性，韌帶損傷的發(fā)病機(jī)制尚未研究清楚。鑒于人體是一個(gè)特殊的生命活體，實(shí)驗(yàn)方法往往無(wú)法在活體上進(jìn)行，所以傳統(tǒng)的方法是直接在尸體標(biāo)本上進(jìn)行生物力學(xué)研究，在尸體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)即缺乏人體的生理環(huán)境又誤差很大。而如今，隨著商用CAE軟件的發(fā)展與應(yīng)

2、用，三維模型的建立、分析和計(jì)算也更加快捷準(zhǔn)確，建立并應(yīng)用膝關(guān)節(jié)三維有限元模型進(jìn)行生物力學(xué)分析逐漸成為一個(gè)重要研究方法。 目的： 探討一種適合骨科領(lǐng)域生物力學(xué)研究需要的簡(jiǎn)便、有效的膝關(guān)節(jié)周圍韌帶三維有限元模型建立方法，并在建立的有限元模型基礎(chǔ)上進(jìn)行生物力學(xué)分析，研究膝關(guān)節(jié)周圍韌帶的功能和損傷機(jī)制。 方法： 首先，通過精細(xì)解剖、韌帶及止點(diǎn)標(biāo)記、CT 掃描、圖像處理，使用軟件Mimics和Geomagic建立包

3、含周圍重要韌帶的膝關(guān)節(jié)三維實(shí)體模型，然后將模型導(dǎo)入有限元軟件 Ansys 建立有限元模型。最后，對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行生物力學(xué)分析：在膝關(guān)節(jié)五個(gè)不同屈曲角度下，脛骨前移和脛骨后移時(shí)，膝關(guān)節(jié)周圍韌帶的應(yīng)力分布。 結(jié)果： 建立了包含周圍重要韌帶的膝關(guān)節(jié)三維模型和有限元模型，三維模型中膝關(guān)節(jié)韌帶具有良好的生物形態(tài)，其外形、動(dòng)態(tài)空間方位及起止點(diǎn)與實(shí)體標(biāo)本一致性高，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的有限元模型能真實(shí)反映出各韌帶的受力狀況。為此，適應(yīng)于膝關(guān)節(jié)的

4、生物力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)仿真與模擬分析研究。 模擬脛骨前移的生物力學(xué)研究得出：前交叉韌帶起主要的限制脛骨前移的作用，其中，前交叉韌帶前內(nèi)束的作用隨著屈膝增加越來(lái)越大，前交叉韌帶后外束的作用則逐漸減小，兩者在發(fā)揮膝關(guān)節(jié)前方穩(wěn)定功能中各有分工。模擬脛骨后移研究得出：后交叉韌帶是主要的限制脛骨后移的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，膝關(guān)節(jié)在屈曲過程中，后交叉韌帶前外束和后內(nèi)束的作用均逐漸增加，兩者在膝關(guān)節(jié)后方穩(wěn)定功能中相互協(xié)同。 結(jié)論： 含有周圍