發(fā)布時間：2020-11-17 03:32

　　 目的:本研究建立正常膝關節(jié)三維有限元模型,并通過驗證和證實其準確性,作為之后膝關節(jié)生物力學研究的模型。再建立不同后傾角度的UKA模型,研究脛骨后傾角度對膝關節(jié)生物力學的的影響,以尋求合理的后傾角度。方法:獲得1名左側膝關節(jié)無疾病史的志愿者的CT及MRI檢測數(shù)據(jù),利用Mimics19.0軟件、Asan有限元前處理軟件、Abaqus 2016版軟件建立正常和不同后傾角度的UKA三維有限元模型,再行有限元分析。結果:建立的膝關節(jié)三維有限元模型,主要結構包含骨、軟骨、半月板和韌韌,計算載荷分布和主要應力,與文獻研究結果相近,模型通過驗證。對0°、3°、5°、7°、9°、11°后傾的UKA模型計算其脛骨皮質骨應力、外側軟骨應力、外側半月板應力、前后交叉韌帶應力、內外側間室占比的研究,發(fā)現(xiàn)所有0°-7°后傾時脛骨后內側皮質的應力無顯著差異((P0.05),而9°和11°后傾可致脛骨后內側皮質應力明顯增高(P0.05),雙側的載荷占比、外側間室軟骨應力、外側半月板應力、襯墊應力無顯著差異(P0.05)。結論:通過驗證的正常膝關節(jié)模型較為完整,可以用于對膝關節(jié)生物力學的影響研究。后傾角度對固定平臺UKA膝關節(jié)的生物力學有很大的影響,合理的后傾角度為0°-7°,在此范圍可以降低術后并發(fā)癥及提高假體的生存率。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：R687.4
【部分圖文】：

骨結構提取

南華大學學位論文6將以上獲取的股骨、脛骨、半月板、前交叉韌帶、后交叉韌帶、內外側副韌帶等結構的STL格式重新導入Mimics19.0軟件成功組件出完整的膝關節(jié)三維模型（如圖1.2所示）。圖1.2正常膝關節(jié)三維模型1.3.2網格劃分和賦值網格劃分：將Mimics軟件導出的STL格式的文件導入到Ansa有限元前處理軟件中，選擇殼單元模塊中的表面化處理（Tosurface）功能，生成幾何模型，因為mimics導出的STL殼網格單元質量較差，需要重新在Ansa軟件中劃分高質量網格，對膝關節(jié)各部件逐一劃分生成殼網格，網格單元為混合單元（多數(shù)四邊形及少數(shù)三角形）。賦值：定義殼模型為實體模型，選擇裂變功能，將模型劃分成高質量的四面體網格模型。脛骨、股骨、半月板及韌帶均認為是同性線彈性材料，同時對每種部件賦予對應材料參數(shù)（彈性模量及泊松比）表（1.1）。表1.12結構材料參數(shù)結構彈性模量（MPa）泊松比脛骨4184.60.3股骨3884.30.3腓骨4164.60.3韌帶480.3交叉韌帶900.3半月板590.3軟骨50.3

材料與方法71.4正常膝關節(jié)有限元模型的驗證1.4.1接觸對設置選擇實體表面，根據(jù)實際情況將緊密連接的接觸面設定為綁定(tie)關系，也就是沒有辦法相對移動。同時考慮到關節(jié)腔內有關節(jié)液，摩擦力非常小，將各接觸對都設置為無摩擦接觸。1.4.2邊界及其載荷邊界條件：將股骨上表面耦合成一點，并將該點創(chuàng)建集合（set），將脛骨下表面完全固定，脛骨下表面僅約束豎直方向自由度。軟骨及骨、各條韌帶及骨、半月板及骨都認可為綁定關系。將此模型導出IPN格式，導入至Abqus2016中進行計算，網格模型如圖所（圖1.3）。圖1.3正常膝關節(jié)網格模型設置的單元及節(jié)點數(shù)：本模型中單元共計301498個，各具體單元數(shù)及節(jié)點數(shù)如下表（標1.2）。表1.2各結構單元及節(jié)點數(shù)結構單元數(shù)目節(jié)點數(shù)目脛骨7266615817股骨8751818965交叉韌帶6367515797半月板163504381軟骨424925232內側韌帶54605232外側韌帶66422285腓骨69952218
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本文編號：2887044