踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)有限元仿真.pdf

1、踝關(guān)節(jié)是人體與地面連接的一大重要關(guān)節(jié)，一旦受損將直接影響人體的正常活動。研究其生物力學(xué)特性對于踝關(guān)節(jié)的診斷和治療意義重大。
　　本文利用有限元仿真分析的方法對踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性進(jìn)行探索研究。
　　本文研究的主要方法是基于踝關(guān)節(jié)的核磁圖像利用Mimics、Geomagic studio等軟件建立踝關(guān)節(jié)的三維實(shí)體模型，然后對其進(jìn)行踝關(guān)節(jié)有限元仿真，最終得到踝關(guān)節(jié)的力學(xué)分布狀況。具體內(nèi)容包括以下幾個部分:
　　1)建立了包

2、含脛骨、腓骨、距骨、舟狀骨、跟骨、脛骨遠(yuǎn)端軟骨、距骨軟骨、距舟關(guān)節(jié)軟骨、跟距關(guān)節(jié)軟骨的踝關(guān)節(jié)三維幾何實(shí)體模型，并對只包含脛骨、腓骨、距骨、脛骨遠(yuǎn)端軟骨及距骨軟骨的靜態(tài)中立位踝關(guān)節(jié)進(jìn)行有限元分析，得到其處于中立位踝關(guān)節(jié)的位移、應(yīng)力及應(yīng)變分布情況，并驗(yàn)證其有效性。在建立幾何實(shí)體模型時，通過踝關(guān)節(jié)軟骨之間的積液線為邊界將踝關(guān)節(jié)骨骼表面軟骨區(qū)分開，所建立的幾何實(shí)體模型與踝關(guān)節(jié)真實(shí)解剖模型更為接近;在加載階段，考慮到踝關(guān)節(jié)各骨承受人體重量的不同，

3、將距骨與腓骨區(qū)別加載，所建立的有限元模型與前人研究相比更接近人體真實(shí)受力情況。
　　2)對添加了韌帶組織的中立位踝關(guān)節(jié)進(jìn)行了有限元分析。采用彈簧單元來模擬韌帶組織，在簡化了踝關(guān)節(jié)韌帶的復(fù)雜度的情況下，得出了踝關(guān)節(jié)處于中立位狀態(tài)時的力學(xué)特性。通過與不包含韌帶組織的踝關(guān)節(jié)對比，可以發(fā)現(xiàn)添加了韌帶組織的踝關(guān)節(jié)在整體位移、應(yīng)力、應(yīng)變方面都有所減小，說明韌帶組織對于踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性有著非常重要的作用。
　　3)基于極限內(nèi)翻位踝關(guān)節(jié)的核磁

4、影像建立踝關(guān)節(jié)三維有限元模型，并研究其在不同載荷下踝關(guān)節(jié)的力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)踝關(guān)節(jié)受到3100N載荷時，踝關(guān)節(jié)整體位移最大位移達(dá)到5.77mm，距骨整體位移達(dá)到5mm作用，使得踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)接觸面積減少80％，使得踝關(guān)節(jié)發(fā)生損傷的幾率大大增加，這為以后踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻損傷的診斷及足部護(hù)具的設(shè)計提供了力學(xué)理論依據(jù)。
　　4)建立雙螺釘固定內(nèi)踝的自體骨軟骨移植手術(shù)后的踝關(guān)節(jié)及三螺釘固定內(nèi)踝的自體骨軟骨移植手術(shù)后的踝關(guān)節(jié)的三維幾何實(shí)體模型，并