猪膝关节半月板内侧后角损伤生物力学测试

发布时间：2020-06-17 17:51

【摘要】：目的:(1)建立猪膝关节半月板损伤模型,观察内侧半月板后角损伤后半月板应力分布变化情况(2)采用生物力学的方法,探究水平裂、纵裂、放射裂三种半月板损伤类型在不同膝关节屈曲角度、压力载荷、循环次数影响条件作用下,半月板损伤进展情况。方法:1.选取结构完整的新鲜成年猪后肢膝关节进行CT、MRI图像扫描,将所得到的图像数据导入mimics软件,构建膝关节骨性及半月板结构的三维虚拟模型,模拟半月板受力情况,分析内侧半月板后角损伤后半月板受力变化情况以及标本半月板破坏载荷的范围。2.将9只新鲜成年猪后肢膝关节标本内侧半月板后角制造成水平裂、纵裂、放射裂三种不同的损伤类型,损伤长度4mm,每种损伤类型各3例,将电液伺服疲劳测试机的压力载荷设置成标本半月板断裂强度载荷20%40%60%三个水平进行体外生物力学测试;循环次数设置成600次、1200次、2400次三个水平;标本膝关节的屈曲固定角度分为30°、90°、120°三个水平;按照正交实验设计表格将标本分为9组,观察不同参数下,各组半月板裂痕扩展情况,采用正交实验设计资料的方差分析,比较其中的差异。结果:1.有限元试验结果在1046N载荷,标本半月板最大应力为19.668Mpa,半月板达到破坏的临界载荷。2.生物力学研究结果表明半月板损伤类型对裂纹扩展的影响最大。根据实验前标本比较,水平裂、纵裂、放射裂三种半月板损伤裂纹均有扩展;其中水平裂损伤裂纹扩展作用优于纵裂、放射裂,具有统计学意义(P0.05);纵裂裂纹扩展作用优于放射裂。压力载荷在400N时对裂纹扩展的影响最大;随着循环次数的增加,裂纹扩展逐渐增大,增大的趋势呈扩大状态;在膝关节屈曲90°时,半月板裂纹扩展最大。结论:1.成功构建猪膝关节三维有限元模型,为研究猪膝关节半月板损伤机制奠定了基础。2.猪膝关节内侧半月板后角损伤中水平裂最易扩展,放射状裂不易发生裂缝扩展。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R684;R-332
【图文】：

蒙版,半月板,自相交,中修

于建立 Mimics 中膝关节骨结构三维模型的方法不适用于建立膝关节软组织的三维模型。（6）使用膝关节线圈、采用 3.0T、脂肪抑制、层厚 1 mm、层距 0mm、梯度回波序列扫描膝关节矢状面。将扫描得到数据刻录到光盘中。将光盘中数据拷贝到个人计算机中，导入 Mimics 软件，分别手动选择各图层半月板、股骨、胫腓骨，与 CT 重建模型进行匹配，重建下肢三维模型（如图 1）。

胫骨,横轴方向,弹性模量,横观各向同性材料

图 1 重建后半月板与胫骨图 3 网格化后的模型（8）模型赋值：假设半月板为线弹性横观各向同性材料。其中横轴方向和纵轴方向向弹性模量 Ex=Ez=20MPa，而长轴方向弹性模量 Ey=120MPa,横轴方向和长轴

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