膝关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

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中南 大 学 学报 （ 医学版） 　 Ｊ 　 Ｃ ｅ ｎ ｔ 　 Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ 　 Ｕ ｎ ｉ ｖ（ Ｍｅ ｄ 　 Ｓ ｃ ｉ ） 　 ８ ５ 　 膝 关 节 三维 有 限元模 型 的 建 立及 生 物 力学 分析　 袁 平 ，王 万 春　 （中 南 大 学 湘 雅 二 医 院 骨 科 ，长 沙 ４ １ ０ ０１ 　 １ ） 　 ［ 摘要］ 　 目的 ： 建 立正 常

中国 成 年 男性 膝 关 节 三 维 有 限 元 模 型 ，， 并在模型上 加载压缩 、 弯 曲、 内外　 翻和 旋 转 力矩 进 行 受 力 分析 ， 以验 证 模 型 的有 效 性 。 方 法 ： 选取 １名 正 常 男性 青 年 膝 关 节 直 立 位 横 断　 ｃ Ｔ扫描 片一 套 ， 利 用 图像 处理 和 转换 技 术 ， 运 用有 限 元软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｏ Ｕ Ｓ ／ Ｓ Ｔ Ａ Ｎ Ｄ Ａ Ｒ Ｄ 　 Ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ６ ． ５， 建 立 正 常　 膝 关节 三 维有 限元 模 型 。在 模 型 上加 载 压 缩 、 弯 曲、 内 外翻 和 旋转 力 矩进 行 受 力 分 析 。 结 果 ： 建 立 了 正　 常 中 国成 年 男性 膝 关 节 三 维有 限 元模 型 。正 常膝 关 节 的 内、 外 翻 活 动 范 围较 小 ， 且 同一 膝 关节 的 内 、 外　 翻 活动 范 围无统 计 学 差异 （ Ｐ ＞０ ． ０ ５ ） 。 正 常膝 关节 的 旋 转 活 动 发 生 在 屈 膝 状 态 下 ， 且 同一 膝 关 节 的 内 　 旋、 外 旋 活动 范 围有 明显 差 异 （ Ｐ ＜０ ． ０ ５） ， 外旋 活动 范 围较 大 。结 论 ： 本 实 验 建 立 的 模 型 能 逼 真 地 反 应　 膝 关节 的 真 实 几何 结 构 ， 模 拟膝 关节 的 各 种运 动 ， 是 进 行 生 物 力 学研 究的 有 效 ５ － ． 具。 　 ［ 关键 词 ］ 　 膝关节； 　 有 限元 ； 　 生 物 力 学　 ＤＯＩ ： ｌ ０． ３ ９６ ９ ／ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ６ ７２ — ７ ３ ４７． ２ ０ｌ ０． ０１ ． ０ｌ 　 ２ 　 Ｅｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍｅ ｎｔ 　 ｏ ｆ 　 ３． ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ 　 ｉｎｉ ｆ ｔ ｅ 　 ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ 　 ｍｏ ｄｅ ｌ 　 ｏ ｆ 　 ｈ ｕ ｍａ ｎ 　 ｋ ｎ ｅ ｅ 　 ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ 　 ａ ｎ ｄ 　 ｉ ｔ ｓ 　 ｂ ｉ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ 　 ＹＵＡＮ　Ｐ ｉ ｎ ｇ， Ｗ ＡＮＧ　 Ｗａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ 　 （Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ 　 ｏ ｆ 　 Ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｐ ａ ｅ ｄ ｉ ｃ ｓ ，Ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ 　 Ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ｙ ａ 　 Ｈ ｏ ｓ ｐ ｉ ｔ ａ ｌ ，Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ 　 Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ 　 Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ） 　 ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ 　 ４ １ Ｏ ０ １ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） 　 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： 　 Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ 　 Ｔ ｏ 　 ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ 　 ａ 　 ３ 一 ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ（ ３ 一 Ｄ） ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ 　 ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ 　

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