基于有限元法對(duì)推離期下足跟痛的發(fā)病和康復(fù)機(jī)理進(jìn)行研究。采集一位足跟痛患者的CT和MRI圖像用于三維重建,利用Geomagic軟件對(duì)得到的模型表面優(yōu)化,再通過(guò)Hypermesh軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元前處理,最后將得到的下肢有限元模型導(dǎo)入到Abaqus中分析計(jì)算,與足底壓力板測(cè)試結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證模型的有效性,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析小腿三頭肌力的變化對(duì)足踝步態(tài)推離期生物力學(xué)行為特性的影響。結(jié)果表明,小腿三頭肌肌肉力從550 N增大到1 100 N的過(guò)程中,第一趾骨區(qū)的峰值壓力增大了32. 8%,跖骨區(qū)的峰值壓力增大了14. 3%;第一根足底筋膜的應(yīng)力高達(dá)4. 69 MPa;跟腱與跟骨連接處和跟骨結(jié)節(jié)部位的應(yīng)力峰值分別為28. 36和32. 79 MPa。由此可見(jiàn),小腿三頭肌攣縮和推離期的絞盤(pán)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致足底筋膜過(guò)度拉伸,引起跟骨結(jié)節(jié)處的應(yīng)力水平提高,使得足部生物力學(xué)環(huán)境發(fā)生變化,從而誘發(fā)足底筋膜炎,導(dǎo)致足跟痛。緩解小腿三頭肌攣縮、減小肌肉力、避免足底筋膜過(guò)度拉伸及降低附著點(diǎn)處的應(yīng)力水平以恢復(fù)足部正常生物力學(xué)環(huán)境,是治療足跟痛的主要康復(fù)機(jī)理。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào). 2020,39(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

足部骨骼-肌肉系統(tǒng)建模。(a)骨骼-肌肉系統(tǒng)幾何模型;(b)骨骼-肌肉系統(tǒng)有限元模型

同時(shí)，采用韓國(guó)BIOMECHA公司的TPScan足底壓力板對(duì)患者的足底壓力進(jìn)行測(cè)量，再將采集到的足底壓力分布云圖與下文有限元分析所得到的云圖進(jìn)行對(duì)比，比較二者的足底峰值應(yīng)力及應(yīng)力接觸面積來(lái)驗(yàn)證模型的有效性。為了研究小腿三頭肌變化對(duì)足部生物力學(xué)特性的影響，以不同組合的腓腸肌-比目魚(yú)肌設(shè)置了21組實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)在組內(nèi)使用控制變量法來(lái)分析腓腸肌或比目魚(yú)肌對(duì)結(jié)果的影響，探討足部生物力學(xué)特性對(duì)小腿三頭肌變化的響應(yīng)，進(jìn)而研究足跟痛的發(fā)病機(jī)理及康復(fù)機(jī)制。2 結(jié)果

為了驗(yàn)證所建的下肢肌肉-骨骼有限元模型的有效性和準(zhǔn)確性，對(duì)其施加雙足正常站立時(shí)的邊界載荷條件，單足的地面垂直反力為體重的50%，即320 N，小腿三頭肌作用力約占足部承受載荷的75%，即240 N，其余邊界條件設(shè)置與推離期的條件相同。同時(shí)，將TPScan采集到的足底應(yīng)力分布云圖與有限元分析所得到的進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的有效性，如圖3所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種方法所測(cè)得的足底壓力分布大致相同，均集中在大腳趾、跖骨和足跟處。其中，足底峰值應(yīng)力均出現(xiàn)在足跟處，有限元分析和TPScan所測(cè)得的足底峰值應(yīng)力分別為0.262和0.253 MPa，略高于測(cè)量值;前足接觸面積分別為2 017.3和2 097.8 mm2，略低于測(cè)量值;后足接觸面積分別為3 983.7和3 863.7 mm2，略高于測(cè)量值。由此可見(jiàn)，有限元模型仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果基本一致。因此，所建的下肢肌肉-骨骼有限元模型真實(shí)有效，可用于步態(tài)推離期的仿真研究。小腿三頭肌肌肉力的取值范圍為550～1 100 N[13-15]，以不同組合的腓腸肌-比目魚(yú)肌設(shè)置了21組實(shí)驗(yàn)方案，如表3所示。同時(shí)，在組內(nèi)使用控制變量法來(lái)分析腓腸肌或比目魚(yú)肌肌肉力變化對(duì)足跟痛的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著肌肉力的增加，大腳趾區(qū)足底壓力峰值逐步增加，跟骨表面出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)足底筋膜應(yīng)力發(fā)生不同程度的增大�；谝陨辖Y(jié)果，探討足部生物力學(xué)特性對(duì)小腿三頭肌變化的響應(yīng)，進(jìn)而研究足跟痛的發(fā)病機(jī)理及康復(fù)機(jī)制。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3113696