本文關(guān)鍵詞：膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶生物力學(xué)的有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目的:通過(guò)建立膝關(guān)節(jié)的三維有限元模型(Finite element model,FEM),分析膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶(Medial collateral ligment,MCL)淺層和深層的生物力學(xué)功能。方法:選取組織完整的冰凍新鮮人體膝關(guān)節(jié)標(biāo)本10側(cè),解剖出MCL,測(cè)量并記錄膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶淺層(Superficial medial collateral ligment,SMCL)、內(nèi)側(cè)副韌帶深層(Deep medial collateral ligment,DMCL)厚度。選取一位健康男性志愿者,年齡27歲,通過(guò)X線(xiàn)檢查確認(rèn)右膝關(guān)節(jié)無(wú)病變。分別采用64排螺旋CT和3.0T MRI設(shè)備對(duì)該志愿者的右膝關(guān)節(jié)于伸直位進(jìn)行掃描。將掃描數(shù)據(jù)信息以DICOM格式導(dǎo)入交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)MIMICS14.0,分別對(duì)股骨中下段、脛骨中上段、腓骨中上段、髕骨以及前交叉韌帶(Anterior crueiate ligament,ACL)、后交叉韌帶(Posterior crueiate ligament,PCL)、內(nèi)側(cè)副韌帶、外側(cè)副韌帶(Lateral collateral ligament,LCL)、髕韌帶(Patellar ligament,PL)、半月板進(jìn)行三維重建,獲得膝關(guān)節(jié)骨組織、韌帶及半月板模型。將以上模型以STL格式導(dǎo)入到自動(dòng)化逆向工程軟件Geomagic Studio12.0中,對(duì)模型進(jìn)行裁剪、封閉、偏移、膨脹、布爾減運(yùn)算等處理,分別得到更為精細(xì)的模型文件,并按照內(nèi)側(cè)副韌帶淺深兩層的長(zhǎng)、寬、厚解剖結(jié)構(gòu),運(yùn)用裁剪、拉伸、布爾減運(yùn)算等功能將淺、深兩層分割開(kāi),得到兩者的精細(xì)模型。將以上各精細(xì)模型文件再以STL格式導(dǎo)回MIMICS14.0軟件中,在此軟件3-matic模塊中進(jìn)行初步網(wǎng)格劃分。建模成功后,將模型中的骨組織、韌帶及半月板以ANSYS前處理文件cdb格式導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS Workbench中,對(duì)模型進(jìn)行組裝,并賦予各材料屬性。設(shè)定各韌帶起止點(diǎn)與骨之間、內(nèi)側(cè)副韌帶淺深兩層與半月板之間的接觸定義為綁定接觸(Bonded),其他部位的接觸方式均定義為不分離接觸(No separation)。并重新對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,各部分均采用五面體與六面體交互式網(wǎng)格劃分,共獲得節(jié)點(diǎn)877070個(gè),單元354003個(gè)。約束股骨上端全部6個(gè)自由度,在模型上施加脛骨的前后向力、外翻及內(nèi)外旋力矩,分別觀(guān)察在MCL完整、SMCL缺失、DMCL缺失、MCL全部缺失時(shí),脛骨的位移或偏轉(zhuǎn)角度以及內(nèi)側(cè)副韌帶淺層、深層的應(yīng)力大小和分布情況。結(jié)果:1在134N前向力作用下,脛骨位移由MCL完整時(shí)的4.89mm變?yōu)镾MCL缺失后的5.17mm、DMCL缺失后的5.04mm、MCL全部缺失后的5.17mm。且ACL的應(yīng)力峰值最大,SMCL的應(yīng)力峰值較大,DMCL的應(yīng)力峰值較小。ACL的應(yīng)力峰值主要集中在股骨止點(diǎn)處,SMCL的應(yīng)力峰值也主要集中在股骨止點(diǎn)處,DMCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處。2在134N后向力作用下,脛骨位移由MCL完整時(shí)的4.98mm變?yōu)镾MCL缺失后的4.99mm、DMCL缺失后的4.92mm、MCL全部缺失后的5.02mm。且PCL的應(yīng)力峰值最大,SMCL的應(yīng)力峰值較小,DMCL的應(yīng)力峰值很小。PCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處,SMCL的應(yīng)力峰值主要集中在股骨止點(diǎn)處,DMCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處。3在10N.m的外翻力矩作用下,脛骨外偏角度由MCL完整時(shí)的4.06°變?yōu)镾MCL缺失后的6.08°、MCL缺失后的4.86°、MCL全部缺失后的6.22°。且SMCL的應(yīng)力峰值最大,DMCL的應(yīng)力峰值次之,ACL及PCL的應(yīng)力峰值較小。SMCL的應(yīng)力峰值主要集中在股骨止點(diǎn)處及前部,DMCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處。4在10N.m的外旋力矩作用下,脛骨外旋角度由MCL完整時(shí)的5.92°變?yōu)镾MCL缺失后的5.95°、DMCL缺失后的5.94°、MCL全部缺失后的6.10°。且SMCL的應(yīng)力峰值較大,ACL及PCL的應(yīng)力峰值相對(duì)較小,DMCL的應(yīng)力峰值很小。SMCL的應(yīng)力峰值主要集中在股骨止點(diǎn)處及后部,DMCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處。5在10N.m的內(nèi)旋力矩作用下,脛骨內(nèi)旋角度由MCL完整時(shí)的6.64°變?yōu)镾MCL缺失后的7.48°、DMCL缺失后的6.72°、MCL全部缺失后的7.57°。且SMCL的應(yīng)力峰值較大,ACL及PCL的應(yīng)力峰值相對(duì)較小,DMCL的應(yīng)力峰值很小。SMCL的應(yīng)力峰值主要集中在股骨止點(diǎn)處,DMCL的應(yīng)力峰值主要集中在起止點(diǎn)處。結(jié)論:1利用健康人體膝關(guān)節(jié)CT、MRI影像數(shù)據(jù)及MIMICS、Geomagic和ANSYS等軟件可以建立人體膝關(guān)節(jié)的三維有限元模型,并保持膝關(guān)節(jié)各解剖結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。2通過(guò)建立的膝關(guān)節(jié)三維有限元模型,模擬膝關(guān)節(jié)前后平移、外翻和內(nèi)外旋運(yùn)動(dòng),可以有效地分析膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶的生物力學(xué)功能。并可以得知:在膝關(guān)節(jié)伸直位時(shí),膝MCL的主要作用是抵抗膝關(guān)節(jié)外翻運(yùn)動(dòng),并對(duì)脛骨向前移位、膝關(guān)節(jié)內(nèi)外旋運(yùn)動(dòng)也有限制作用,而在膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶結(jié)構(gòu)中起主要作用的是SMCL,DMCL的作用較弱。在膝關(guān)節(jié)各種運(yùn)動(dòng)中,SMCL在股骨止點(diǎn)處是最容易損傷的,SMCL前部在抵抗外翻運(yùn)動(dòng)時(shí)也較容易損傷,SMCL后部在抵抗外旋運(yùn)動(dòng)時(shí)也較容易損傷,而DMCL損傷的風(fēng)險(xiǎn)較低,如果發(fā)生,損傷多發(fā)生在起止點(diǎn)處。
【關(guān)鍵詞】：膝關(guān)節(jié) 內(nèi)側(cè)副韌帶 生物力學(xué) 有限元 模型
【學(xué)位授予單位】：河北醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R684;R318.01
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-11
• 英文縮寫(xiě)11-12
• 前言12
• 材料與方法12-16
• 結(jié)果16-18
• 附圖18-27
• 附表27-32
• 討論32-37
• 結(jié)論37
• 參考文獻(xiàn)37-42
• 綜述42-49
• 參考文獻(xiàn)46-49
• 致謝49-51
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷51

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：400953