踝關(guān)節(jié)及周圍韌帶三維有限元模型的建立與分析.pdf

1、目的：(1)應(yīng)用ANSYS軟件建立人體踝關(guān)節(jié)及周圍韌帶有限元模型。(2)對模型進(jìn)行加載運(yùn)算，將計(jì)算結(jié)果與國外文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的有效性。模擬分析正常人行走時(shí)距骨的應(yīng)力分布情況。
　　 方法：(1)選取一無病理改變的踝關(guān)節(jié)節(jié)段標(biāo)本作為研究對象。首先去除皮膚、肌肉等踝關(guān)節(jié)周圍軟組織，精細(xì)解剖踝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)韌帶并用金屬線標(biāo)記；然后進(jìn)行CT掃描，得到746張層距1mm的CT圖像以DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式存入光盤保存。利用EFILM

2、軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為JPG格式輸出其斷面圖像。用Matlab和ANSYS軟件建立踝關(guān)節(jié)及周圍韌帶有限元模型。(2)對模型脛骨下端施加600牛垂直載荷，測量踝關(guān)節(jié)脛距關(guān)節(jié)面的接觸面積和接觸壓力將計(jì)算結(jié)果與國外文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的有效性。在模型上對距骨、舟骨和跟骨底部進(jìn)行約束，對模型上表面脛腓骨施加2100牛垂直載荷，模擬并分析60kg體重的人緩慢行走時(shí)距骨的應(yīng)力分布情況。
　　 結(jié)果：(1)整個(gè)模型共有114784個(gè)單元數(shù)

3、和22921個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)組成，建立了跟骨、距骨、舟骨、脛腓骨下段的復(fù)合體三維有限元模型以及內(nèi)側(cè)三角韌帶、外側(cè)距腓前、跟腓和距腓后韌帶。模型具有良好的生物形態(tài)，可獲得滿意的、能任意旋轉(zhuǎn)的三維信息，可以滿足有限元分析的需要。(2)模型驗(yàn)證方面，通過與國外文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比可以看出本模型具有較好的相似度，可以用于實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用。通過計(jì)算分析得出，在人體緩慢行走時(shí)距骨的較大應(yīng)力分布在距骨頸、外突、后突、距舟關(guān)節(jié)面、脛距關(guān)節(jié)面和后跟關(guān)節(jié)面，而內(nèi)