不同屈曲状态下膝关节韧带生物力学的有限元分析
本文选题:有限元分析 切入点:膝关节 出处:《中国运动医学杂志》2015年07期 论文类型:期刊论文
【摘要】:目的:利用有限元法分析膝关节在不同屈曲角度受力后,前、后交叉韧带,内、外侧副韧带的生物力学特点。方法:选取1名健康成年男性为研究对象,建立其包含骨、韧带、半月板和软骨的左膝关节仿真三维有限元模型;模拟膝关节在不同屈曲角度下,分别对股骨加载后向134N的力、内外翻10Nm的力矩,以及外翻10Nm加内旋5Nm的联合力矩,分析前交叉韧带(ACL)、后交叉韧带(PCL)、内侧副韧带(MCL)、外侧副韧带(LCL)的应力分布及大小变化情况。结果:对股骨加载后向134N应力后,膝关节在屈曲0°、30°、60°和90°位时,ACL所受应力最大,PCL的应力最小,MCL的最大应力大于LCL,均随屈曲角度的增大而减小;施加外翻应力时,MCL所受应力最大,其次为ACL、PCL,LCL应力最小;内翻时,LCL所受应力最大,其次为PCL、ACL,MCL应力最小;联合应力时,MCL应力最大,其次为ACL,远远大于PCL和LCL的应力,除PCL之外,其他各韧带的应力随屈曲角度的增大而减小。结论:膝关节三维有限元模型可以模拟膝关节不同运动状态下的不同受力情况,可以有效地分析膝关节韧带在不同运动状态下的生物力学特性并推测其损伤机制。所有韧带的应力分布和大小随着不同屈曲角度发生不同改变,损伤风险也发生相应改变。
[Abstract]:Objective: to analyze the biomechanical characteristics of anterior, posterior cruciate, medial and lateral collateral ligaments of knee joint under different flexion angles by finite element method. Three dimensional finite element model of left knee joint of meniscus and cartilage was simulated, and the force of 134N, the torque of 10Nm and the joint torque of 10Nm and 5Nm were simulated under different flexion angles, respectively. The stress distribution and size of anterior cruciate ligament (ACLL), posterior cruciate ligament (PCL), medial collateral ligament (MCLL) and lateral collateral ligament (LCLL) were analyzed. The maximum stress of ACL was greater than that of LCLL and the maximum stress of MCL decreased with the increase of flexion angle when the flexion was 0 掳30 掳60 掳and 90 掳, the stress of MCL was the most when applied valgus stress, the second was the minimum stress of ACL-PCLL. The stress of PCL is the largest, the stress of PCL is the smallest, and the stress of PCL and LCL is the highest when combined stress is combined, which is far greater than that of PCL and LCL, except for PCL, the stress of PCL is higher than that of LCL, and the stress of LCL is higher than that of PCL and LCL. The stress of the other ligaments decreases with the increase of the flexion angle. Conclusion: the three-dimensional finite element model of the knee joint can be used to simulate the different stress situations of the knee joint in different motion states. The biomechanical characteristics of the knee joint ligament under different motion states can be effectively analyzed and the damage mechanism can be speculated. The stress distribution and size of all the ligaments vary with different flexion angles and the injury risk changes accordingly.
【作者单位】: 昆明医科大学第一附属医院运动医学科;昆明医科大学第一附属医院医学影像科;
【基金】:云南省科技厅国际合作项目(2013IA004) 云南省科技厅社会发展项目(2009CA020) 云南省医学学科带头人培养基金(D-201207)
【分类号】:R87
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 容可;王友;;膝关节后交叉韧带的解剖及生物力学特性的研究进展[J];医用生物力学;2009年01期
2 万超;郝智秀;温诗铸;;前交叉韧带力学特性差异对膝关节有限元仿真结果的影响[J];医用生物力学;2012年04期
【共引文献】
相关期刊论文 前10条
1 Chao Wan;Zhixiu Hao;Shizhu Wen;;A REVIEW ON RESEARCH ON DEVELOPMENT OF LIGAMENT CONSTITUTIVE RELATIONS ON MACRO, MESO, AND MICRO LEVELS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2013年04期
2 HUANG Wei-hua;HUANG Ping;LI Zheng-dong;ZOU Dong-hua;SHAO Yu;WANG Hui-jun;CHEN Yi-jiu;;3D Finite Element Model of Human Knee Injuries in the Traffic Accident[J];法医学杂志;2014年01期
3 崔雪朋;刘明廷;;前交叉韧带解剖型重建的研究进展[J];滨州医学院学报;2014年03期
4 刘光旺;马超;郭含军;那键;高娟;曲新华;戴\戎;;空心钉联合锚钉系统双固定治疗膝后交叉韧带胫骨止点撕脱骨折[J];中国骨与关节损伤杂志;2014年06期
5 冯育;叶鹏;杨海波;;关节镜下前交叉韧带单双束重建临床疗效的对比[J];宁夏医学杂志;2014年01期
6 彭溡侨;张占磊;钟世镇;白波;;基于运动力学特征的膝关节结构重建分析[J];航天医学与医学工程;2014年03期
7 常永娜;张洁;;后交叉韧带的解剖结构观察研究[J];临床医药文献电子杂志;2014年08期
8 万超;郝智秀;温诗铸;林剑浩;;前交叉韧带移植物种类及拉力影响的有限元模拟[J];清华大学学报(自然科学版);2014年10期
9 尤志敏;李彦林;黄赞;李建;;关节镜下前交叉韧带保残重建治疗新进展[J];实用骨科杂志;2015年03期
10 张秋月;张春秋;葛洪玉;孟迪;;膝关节三维有限元模型的建立及分析[J];天津理工大学学报;2015年03期
相关博士学位论文 前5条
1 陈凯宁;基于三维有限元方法探索ACL断裂后胫股关节轨迹异常对半月板和软骨应力分布的影响[D];第三军医大学;2013年
2 李晗;髌骨骨折和创伤性关节炎的基础与临床研究[D];河北医科大学;2014年
3 金英利;针刀对KOA兔韧带力学改变及韧带胶原相关因子基因蛋白表达的影响研究[D];北京中医药大学;2014年
4 何川;前交叉韧带虚拟重建系统的应用及术后膝关节内结构的三维有限元研究[D];昆明医科大学;2014年
5 李春宝;CR-TKA术前与术后关节面接触生物力学及相关研究[D];中国人民解放军医学院;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 王琦;人体股四头肌腱重建膝后交叉韧带的生物力学特性研究[D];青岛大学;2011年
2 余华;胫骨远端关节面缺损有限元模型的建立及生物力学分析[D];河北医科大学;2013年
3 刘俊;血小板衍化生长因子对兔膝前交叉韧带重建术后早期腱骨愈合影响的实验研究[D];南华大学;2013年
4 张军文;基于Mimics人体膝关节有限元模型的研究[D];北京化工大学;2013年
5 仝路;股骨内髁虚拟软骨缺损对膝关节软骨、半月板应力的影响[D];昆明医科大学;2013年
6 尤壮志;关节MRI在膝关节交叉韧带损伤的临床应用研究[D];内蒙古医科大学;2011年
7 王燕杰;兔自体外周血间充质干细胞(PBMSC)促进ACL重建后腱骨愈合的生物力学测试[D];安徽医科大学;2013年
8 王德财;关节镜下自体乆绳肌移植修复与重建前交叉叉韧带的临床研究[D];辽宁中医药大学;2013年
9 谢强;PCL断裂对MCL、LCL及ACL生物力学影响的三维有限元分析[D];中南大学;2013年
10 宋星来;人膝关节内外侧副韧带紧张度的改变对伸膝的影响[D];中南大学;2013年
【二级参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 王建平;吴海山;王成焘;;人体膝关节动态有限元模型及其在TKR中的应用[J];医用生物力学;2009年05期
2 陶澄;何爱咏;王万春;;膝关节后交叉韧带解剖研究及临床意义[J];中国临床解剖学杂志;2007年02期
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 刘子建,张建华,杨济匡;碰撞生物力学基础及其应用[J];中华创伤杂志;2001年05期
2 张美超,钟世镇;国内生物力学中有限元的应用研究进展[J];解剖科学进展;2003年01期
3 邱蔚六;;生物力学原理无所不在——浅论生物力学与口腔医学的关系[J];医用生物力学;2007年02期
4 ;《医用生物力学》2007年第22卷总目录[J];医用生物力学;2007年04期
5 ;《医用生物力学》2008年第23卷总目录[J];医用生物力学;2008年06期
6 姜宗来;;我国生物力学学科发展的思考[J];医用生物力学;2009年S1期
7 许世雄;廖福龙;;中医研究中的生物力学问题[J];医用生物力学;2013年03期
8 ;《医用生物力学》2013年第28卷总目次[J];医用生物力学;2013年06期
9 陶明德;;生物力学[J];国外医学参考资料.生物医学工程分册;1978年01期
10 柳兆荣;;生物力学与医学[J];上海医学;1980年06期
相关会议论文 前10条
1 姜宗来;;我国生物力学学科发展的思考[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
2 杨辰;曲峰;;裸足运动的生物力学研究综述[A];第十五届全国运动生物力学学术交流大会(CABS2012)论文摘要汇编[C];2012年
3 樊瑜波;;医疗器械及人工器官的生物力学设计[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
4 成自龙;;人体冲击生物力学研究进展[A];第四届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];1999年
5 迪丽娜·马合木提;穆合塔尔·沙德尔;哈木拉提·吾甫尔;;维医沙疗中的生物力学问题之探讨[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
6 孟和;钟红刚;;生物力学与中西医结合骨科的发展[A];第九次全国中西医结合创伤骨科学术大会论文汇编[C];2001年
7 杨桂通;;探索人体奥秘的古老故事——生物力学孕育期一瞥[A];力学史与方法论论文集[C];2003年
8 杨桂通;;探索人体奥秘的古老故事——生物力学孕育期一瞥[A];力学史与方法论论文集[C];2003年
9 龚璐璐;丁祖泉;高建新;冷晔;;数字散斑相关法及其在医用生物力学领域的应用[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年
10 欧阳钧;赵为东;黄文华;李鉴轶;张美超;钟世镇;;儿童胸腹部撞击的生物力学研究[A];2008年全国生物流变学与生物力学学术会议论文摘要集[C];2008年
相关重要报纸文章 前5条
1 汪雪姣 林岚;辛勤耕耘在生物力学园圃中[N];科技日报;2004年
2 黄盈盈;走出困境 向高尖端领域发展[N];福建科技报;2008年
3 王美宽;运动品牌重视核心竞争力塑造[N];中国服饰报;2008年
4 陈云飞;上海岳阳医院 推拿项目获地方科技一等奖[N];中国中医药报;2010年
5 记者 刘志伟 通讯员 张雯怡 万霞 陈军;我科学家找到筛查肿瘤再生细胞新方法[N];科技日报;2012年
相关博士学位论文 前10条
1 许硕贵;动态记忆应力的生物力学研究及临床意义探讨[D];第二军医大学;2001年
2 苏佳灿;髋臼三维记忆内固定系统治疗髋臼骨折记忆生物力学研究——骨盆、髋臼三维模型仿真、力学模拟与有限元分析[D];第二军医大学;2004年
3 张美珍;非接触性前交叉韧带损伤危险因素的生物力学研究[D];北京体育大学;2012年
4 赵文志;活骨组织应力与重建适应实验及其生物模型研究[D];大连理工大学;2004年
5 连志强;骨骼材料与结构的性能仿真及重建模拟研究[D];大连理工大学;2010年
6 陈强;挥鞭样损伤的生物力学和临床研究[D];第二军医大学;2005年
7 曹正霖;人工寰齿关节研制的解剖学和生物力学研究[D];第一军医大学;2001年
8 孔亮;B/2类骨质下种植体宏观结构的生物力学优化设计和分析[D];第四军医大学;2007年
9 王旭;足三维有限元建模第一跖列与(?)外翻关系的临床与生物力学研究[D];复旦大学;2005年
10 王新伟;可调式中空钛合金人工椎体的研制及相关研究[D];第二军医大学;2002年
相关硕士学位论文 前10条
1 纪祥;拇指掌指关节侧副韧带损伤的生物力学研究及临床应用[D];吉林大学;2007年
2 徐振胤;足踝生物力学动态仿真器的多轴运动和力协同控制系统[D];上海交通大学;2013年
3 董春海;髋关节生物力学电测实验研究[D];延边大学;2001年
4 姬树青;糖皮质激素局部封闭注射对肌腱生物力学和病理学方面的影响[D];天津医科大学;2011年
5 王勃;下肢植入式骨整合假肢的生物力学研究[D];四川大学;2006年
6 王哲;青少年特发性脊柱侧凸的生物力学研究[D];上海交通大学;2007年
7 黄金鑫;纵跳的人体下肢运动仿真与生物力学研究[D];吉林大学;2015年
8 杨颖;低强度脉冲超声对新生骨成熟过程的生物力学影响[D];中南大学;2007年
9 姚金志;腰椎屈伸肌群对腰椎生物力学影响的有限元研究[D];福建医科大学;2009年
10 潘丕春;γ射线照射与非照射人肌腱生物力学与组织学研究[D];青岛大学;2009年
,本文编号:1577753
本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/yundongyixue/1577753.html