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三维有限元模拟伸直状态下不同软骨缺损面积对膝关节应力的影响
目的:利用MRI二维图像数据准确构建出膝关节三维有限元模型,探讨有限元方法分析股骨内侧髁软骨缺损面积大小对膝关节应力变化的影响.方法:将膝关节MRI二维图像导入Mimics软件中,建立包括股骨、胫骨、内外侧半月板、内外侧副韧带、前后交叉韧带、髌骨及髌韧带的仿真膝关节三维数字化模型,在仿真数字化模型上于股骨内侧髁部容易损伤部位虚拟0.49 cm2、0.80 cm2、1.0 cm2、1.70 cm2、2.56cm2、3.24 cm2大小的缺损模型,在股骨上施加1150 N垂直压应力,类似步态周期中的伸直状态,分析膝关节软骨及半月板的大压应力与大剪切应力.结果:软骨缺损边缘的应力均有不同程度升高,当软骨缺损面积＜0.80 cm2时缺损边缘软骨大接触应力升高并不明显,但当软骨缺损面积＞0.80 cm2时缺损边缘软骨大接触应力升高比较明显.结论:利用仿真膝关节数字化模型可以有效模拟正常膝关节生物力学变化,软骨缺损边缘的应力不同程度升高,随着缺损面积增加,应力升高明显.
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三维有限元分析内侧半月板全部切除后不同软骨缺损面积对膝关节应力的影响
目的 利用核磁共振成像(MRI)二维图像数据准确构建出膝关节三维有限元模型,采用有限元方法分析内侧半月板全部切除后股骨软骨缺损面积大小对膝关节应力变化的影响.方法 利用膝关节MRI图像建立包括股骨、胫骨、内外侧半月板、内外侧副韧带、前后交叉韧带、髌骨及髌韧带的仿真膝关节数字化模型,在内侧半月板全部切除后的仿真数字化模型上于股骨内侧髁部容易损伤部位虚拟0.49、0.80、1.0、1.70、2.56及3.24 cm2大小的缺损模型,在股骨上施加1 150N垂直压应力,类似于在步态周期中的伸直状态,主要分析膝关节软骨及半月板大压应力与大剪切应力.结果 内侧半月板全部切除后股骨内侧髁部软骨缺损对内外侧间室接触应力均有影响,但以内侧间室影响较为明显.结论 利用仿真膝关节数字化模型可以有效模拟正常膝关节生物力学变化及内侧半月板全部切除后缺损面积大小对膝关节应力变化的影响.
