人体膝关节动态仿真及受力分析研究

发布时间：2021-03-27 05:40

　　膝关节是人体内最复杂的关节之一,由于其在几何形状上的不规则性和组成物质的非均匀性,以及用人体做力学试验的不可行性,采用数字仿真以及建立有限元模型来代替人体膝关节研究就成为我们对人体认识的一种有效手段,在膝关节生物力学研究中日益受到重视。本文的主要任务是对左腿单独站立的人体模型的右膝关节弯曲过程进行模拟仿真,得出弯曲过程ACL、PCL、MCL和LCL四条韧带的受力,并建立胫骨的有限元模型,进而导入有限元软件进行相关的应力学分析研究。在数字仿真方面,采用目前生物力学领域最前沿、最成熟的数字仿真软件LifeMOD,建立以本人为实验者的生物力学模型。由于本文只对膝关节做研究,所以只需建立右腿模型即可,并完善股骨髁和髌骨部分,就得到完整的右膝关节模型。导入之前采集好的“bend model.slf”文件,驱使模型运动,最终通过后处理得出四条韧带的受力曲线图。在三维几何建模方面,本文着重探讨了基于1mm层厚的CT医学图像,进行膝关节三维几何建模的整套流程。整个过程中采用了CT影响技术、图像处理技术、反向工程技术,利用医学重建软件Mimics、表面处理软件Geomagic和实体建模软件ProE,建立... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

膝关节骨性结构

图 3-1 膝关节骨性结构 图 3-2 膝关节解剖结构骨下端：股骨下端向两侧和后方膨大，分别形成股骨内侧髁下方为髁关节面，其前方相互连结并形成一浅凹，称髌面。股骨外侧髁易于扣及，其外侧面略偏后方的圆形隆起，即外侧髁明显，在其稍后方，也可触及圆形的内上髁。骨上端：胫骨上端膨大，向两侧突出成胫骨的内侧髁外侧髁胫骨平台。在胫骨内、外侧髁关节面之间，各有一骨性节的前、后方各有平坦的小区域，分别为前、后交叉韧带的一微凹的关节面，并被覆于其上面的半月板而加深，胫骨股骨内、外侧髁的关节面相对应，使膝关节得以在矢状面侧胫骨关节面的特征性凹陷结构又使得外侧胫股关节面并膝关节在水平面上有一定的旋转运动。胫骨上端的骨骺距

髌骨：髌骨为人体最大的籽骨，略呈三角形，前后扁平。髌骨后纵行的骨嵴，将其分为内、外两部，与股骨的髌面相对应。髌骨健的一个支点，能加强股四头肌的伸膝力量，尤其是伸膝至 150显。因此当髌骨骨折时，不可轻易将其切除。韧带（图 3-3）：膝关节的韧带有囊外及囊内两部分，囊外的韧带、胫侧副韧带、髌韧带、髌支持带及腘斜韧带等，囊内的韧带带。前交叉韧带起自股骨外侧髁的内侧面，斜向前下方，止于胫部和内、外侧半月板的前角；后交叉韧带起自股骨内侧髁的外侧，止于胫骨髁间隆起的后部和外侧半月板的后角。

【参考文献】：
期刊论文
[1]正常人膝关节三维有限元模型的建立[J]. 姜华亮,华锦明,许新忠,牛文鑫,丁祖泉.  苏州大学学报(医学版). 2008(03)
[2]基于中国数字人CT数据重建膝关节有限元模型[J]. 万磊,李义凯,原林,李奇,杨建成,钟世镇.  中国骨与关节损伤杂志. 2006(04)
[3]基于反求工程的个性化残肢重建方法的研究[J]. 郑淑贤,赵万华,卢秉恒,陈明侠.  机械工程学报. 2004(07)
[4]髌骨的三维有限元重建及初步力学分析[J]. 吴宇峰,苏培基,伍中庆,李军朋,张美超,李义凯.  中国中医骨伤科杂志. 2004(02)
[5]膝关节动力学模型的研究进展[J]. 许玉林,孙允高,张春林.  国外医学.生物医学工程分册. 2004(01)
[6]股骨-胫骨复合体模型在人体体重冲击下的运动力学响应研究[J]. 张美超,张余,黄华扬,黄文华,赵卫东.  第一军医大学学报. 2003(09)
[7]气压膝关节机构强度的三维有限元分析[J]. 帅玉妹,曹清.  江汉石油学院学报. 2000(02)
[8]关于人膝关节生物力学模型的研究现状[J]. 王西十,白瑞蒲.  力学进展. 1999(02)
[9]膝关节运动的生物力学特性研究[J]. 潘慧炬,马楚虹,沈水富.  北京体育大学学报. 1998(04)
[10]股骨胫骨髌骨三体人膝关节咬合运动数学模型[J]. 王西十,白瑞蒲.  生物医学工程学杂志. 1998(04)

博士论文
[1]有限单元法在骨科生物力学中的应用[D]. 张美超.第一军医大学 2002

硕士论文
[1]膝关节力学性态的动力学模拟[D]. 周定国.大连理工大学 2006
[2]基于ANSYS软件的桥架结构参数化有限元分析[D]. 宿艳彩.西南交通大学 2006
[3]下腰椎三维有限元模型的建立[D]. 蔡晓冰.第二军医大学 2002



本文编号：3102992