踝关节及周围韧带三维有限元模型的建立与分析

论文摘要

目的:(1)应用ANSYS软件建立人体踝关节及周围韧带有限元模型。(2)对模型进行加载运算,将计算结果与国外文献实验结果进行对比,验证模型的有效性。模拟分析正常人行走时距骨的应力分布情况。方法:(1)选取一无病理改变的踝关节节段标本作为研究对象。首先去除皮肤、肌肉等踝关节周围软组织,精细解剖踝关节内、外侧韧带并用金属线标记;然后进行CT扫描,得到746张层距1mm的CT图像以DICOM标准格式存入光盘保存。利用EFILM软件将数据转换为JPG格式输出其断面图像。用Matlab和ANSYS软件建立踝关节及周围韧带有限元模型。(2)对模型胫骨下端施加600牛垂直载荷,测量踝关节胫距关节面的接触面积和接触压力将计算结果与国外文献实验结果进行对比,验证模型的有效性。在模型上对距骨、舟骨和跟骨底部进行约束,对模型上表面胫腓骨施加2100牛垂直载荷,模拟并分析60kg体重的人缓慢行走时距骨的应力分布情况。结果:(1)整个模型共有114784个单元数和22921个节点数组成,建立了跟骨、距骨、舟骨、胫腓骨下段的复合体三维有限元模型以及内侧三角韧带、外侧距腓前、跟腓和距腓后韧带。模型具有良好的生物形态,可获得满意的、能任意旋转的三维信息,可以满足有限元分析的需要。(2)模型验证方面,通过与国外文献实验结果进行对比可以看出本模型具有较好的相似度,可以用于实验研究和临床应用。通过计算分析得出,在人体缓慢行走时距骨的较大应力分布在距骨颈、外突、后突、距舟关节面、胫距关节面和后跟关节面,而内踝关节面和前跟关节面应力相对较小。结论:(1)采用CT扫描数据建立的踝关节三维有限元模型准确可靠,最大限度排除了人为干扰,体现了方便、快捷、准确的优点,可初步应用于踝关节生物力学分析工作中,为临床提供理论及数据资料。(2)对距骨的应力分析结果可以很好的解释距骨损伤的机制。

论文目录

• 摘要
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• 前言
• 材料和方法
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• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
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