一种新型膝关节假体在步态过程中接触应力的有限元仿真

发布时间：2018-04-13 00:36

本文选题：人工膝关节 + 假体设计　；参考：《医用生物力学》2017年06期

【摘要】：目的对一种使用新方法设计的新型人工膝关节假体进行有限元模拟分析,研究改变关节假体外髁关节面的扭转角度对改善人工膝关节假体力学环境的影响。方法依据志愿者提供的膝关节CT测量数据,建立3个膝关节假体模型,内侧股骨髁在冠状面保持圆曲线,外侧股骨髁根据冠状面轮廓曲线的扭转角度不同,分为0°、10°、20°(分别命名为模型1、2、3)。将假体模型导入有限元软件,输入自然人体膝关节的运动步态信息为加载工况,模拟步态过程中膝关节假体的运动状态,并将通过模拟得到的髁间应力同使用接触力学理论公式得到的应力计算结果进行对比。结果 3组模型的最大应力出现在步态13%处,此时关节轴向力最大(2.6 kN)。模型1内、外髁最大应力分别为35.5、30.6 MPa,模型2内、外髁最大应力分别为38.4、32.6 MPa,模型3内、外髁最大应力分别为38.3、43.1 MPa。模型2、3的应力曲线相比模型1变化较为平缓。模拟得到的应力曲线与理论计算曲线的趋势相同,但个别步态时刻处有差异。结论通过增大人工膝关节假体外髁曲面的扭转角度可以改善膝关节力学环境,经过改进的膝关节假体在步态过程中对胫骨衬垫的应力突变减少,可以延长假体的使用寿命。
[Abstract]:Objective To study the effect of torsion angle on the mechanical environment of artificial knee joint prostheses by using a new artificial knee joint prosthesis designed by the new method . According to the CT measurement data of the knee joint provided by the volunteers , three knee joint prosthesis models were established . The medial femoral condyle was divided into 0 掳 , 10 掳 , 20 掳 ( named models 1 , 2 , 3 ) according to the rotation angle of the coronal plane contour curve . The maximum stress of the 3 group model was found at 13 % of the gait , and the axial force of the joint was the largest ( 2.6 kN ) . In the model , the maximum stress of the external condyle was 35 . 5 , 30 . 6 MPa , the maximum stress of the external condyle was 38 . 3 and 3 . 1 MPa , respectively , and the maximum stress of the external condyle was 38 . 3 and 43 . 1 MPa , respectively .

【作者单位】：太原理工大学力学学院山西省材料强度与结构冲击重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(11472185)
【分类号】：R318.1;R687.4

【相似文献】