基于步態分析建立膝關節三維有限元模型（英文）
摘要：目的:在靜態三維有限元模型基礎上結合下肢的三維步態數據,建立動態有限元模型,模擬人體在平地行走過程中下肢隨著角度和地面反作用力的變化而出現膝關節內的應力改變。為后續研究提供生物力學客觀結局指標。方法:拍攝男女各1名志愿者的膝關節MRI影像,使用Mimics、Geomagic、Ansys等軟件建立2例雙膝4個有限元模型。獲取2名志愿者的三維步態數據,并導入靜態有限元模型中建立膝關節動態有限元模型,進行驗證后計算內外側半月板體積及應力在行走中的變化。結果:股骨和脛骨為剛體結構,網格大小為2 mm,單元數分別為6 349和4 020,節點數分別為18 945和11 966。半月板彈性模量為120 MPa,泊松比為0.45,網格劃分大小為1 mm,內外側半月板單元數和節點數分別為25 801和23 241及36 903和33 488。男性內外側半月板體積均大于女性,但男女性雙膝內外側半月板體積比值接近,男性左右膝內、外側半月板比值為0.99和0.97,女性為0.93和0.96。內側半月板應力較外側大,比值在1.11~1.43之間。女性半月板應力分布較男性更為不對稱(1.22~1.27 vs 1.11~1.14)。結論:結合步態數據建立的膝關節動態有限元模型能對膝關節的生物力學環境進行仿真模擬,反映出步行過程中不同事件下半月板應力的變化情況。
注: 保護知識產權,如需閱讀全文請聯系福建中醫藥大學學報雜志社
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