膝关节后外侧结构三维有限元模型的建立及生物力学研究

论文摘要

目的：建立一个包括后外侧结构较为完整的膝关节三维有限元模型,并在模型上分析后外侧主要韧带(外侧副韧带、胭肌腱和胭腓韧带)的生物力学。方法：运用MRI对成年健康男性进行膝关节扫描,获得膝关节的冠状位、矢状位和横轴位的图像数据,并应用Mimics、Hyperworks等软件建立包括后外侧结构在内的膝关节三维有限元模型,设定边界条件,在模型上施加胫骨的前后向力、内外翻力矩、内外旋力矩,研究膝关节后外侧韧带的应力响应。结果：建立了包括股骨下端、胫骨上端、髌骨、腓骨上端、内外侧半月板、关节软骨、前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带、胭腓韧带、胭肌腱、髌韧带、股四头肌腱在内的三维有限元模型。在模型上对后外侧结构进行了生物力学研究。膝关节后外侧结构对限制膝关节的内翻、外旋和胫骨后移有重要作用,而对限制胫骨前移、外翻和内旋的作用并不明显。结论：1、利用健康成年人体膝关节MRI影像资料建立了一个解剖学模拟详细的包括后外侧结构较为完整的膝关节三维有限元模型。通过验证,表明该模型是有效的,可以作为生物力学特性研究的基础模型。2、运用建立的三维有限元模型对膝关节后外侧稳定结构的生物力学进行分析,通过切除不同韧带观察了膝关节在6种工况下的动态响应和主要韧带的应力分布与大小变化,显示膝关节后外侧结构对限制膝关节的内翻、外旋和胫骨后移有重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略词表
• 第一章 前言
• 第二章 材料与方法
• 1 实验材料
• 2 研究方法
• 第三章 结果
• 1 模型的建立
• 2 模型的验证
• 3 后外侧稳定结构生物力学分析
• 第四章 讨论
• 4.1 逆向工程技术在生物医学领域中的应用
• 4.2 有限元分析在生物力学中的应用
• 4.3 建立全膝关节三维有限元模型的意义
• 4.4 本模型的特色之处
• 4.5 本模型的不足之处
• 第五章 结论
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期的研究成果