踝足數(shù)值模型的建立及踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)的距骨有限元分析.pdf

1、目的：創(chuàng)建踝足三維數(shù)值模型（即有限元模型），并據(jù)此分析慢性踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)時(shí)距骨Von Mises應(yīng)力重新分布規(guī)律、易發(fā)生骨折的危險(xiǎn)部位。 方法：采用GE公司的Lightspeed16層掃描儀，對(duì)正常健康志愿者行踝關(guān)節(jié)MSCT容積掃描，獲得掃描范圍包括整個(gè)足部及下1/3段脛腓骨的模型原始數(shù)據(jù)。借助MATLAB圖像處理軟件和ANSYS有限元分析軟件，創(chuàng)建正常人踝足三維數(shù)值模型。對(duì)模型施加邊界條件和載荷后試算，驗(yàn)證模型的可用性，并將試

2、算結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道及臨床研究比對(duì)，驗(yàn)證模型的有效性。在正常人踝足有限元模型基礎(chǔ)上，采取不同的約束和加載方式，構(gòu)建不同內(nèi)翻內(nèi)旋組合的慢性踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)模型（共53個(gè)），并對(duì)所建模型求解。 結(jié)果：1.建立踝足正交各向異性三維數(shù)值模型（節(jié)點(diǎn)總數(shù)96748個(gè)，單元總數(shù)488482個(gè)）。2.正常行走時(shí)，距骨Von Mises應(yīng)力云圖顯示：較大的Von Mises應(yīng)力主要集中在距骨外突、后突、距舟關(guān)節(jié)、距骨頸、距下關(guān)節(jié)和脛距關(guān)節(jié)后關(guān)節(jié)面處

3、，最大Von Mises應(yīng)力位于距骨外突及距骨后突。3.慢性踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)時(shí)，距骨Von Mises應(yīng)力較正常時(shí)內(nèi)后部減小，外側(cè)及頭頸部偏大，較大的應(yīng)力主要集中在距舟關(guān)節(jié)、距骨頸和距骨外突。較大應(yīng)力區(qū)范圍變小，導(dǎo)致局部應(yīng)力增加。4.距骨Von Mises應(yīng)力值受內(nèi)旋影響較大，受內(nèi)翻影響相對(duì)較小。5.距骨骨折危險(xiǎn)臨界值發(fā)生在60mm內(nèi)旋時(shí)。內(nèi)旋超過60mm，外踝、距骨頸應(yīng)力將超過80 MPa，接近或超過骨皮質(zhì)的屈服極限（骨皮質(zhì)屈服強(qiáng)度83

4、 MPa），較其他部位危險(xiǎn)，易造成骨折。 結(jié)論：1.創(chuàng)建了正交各向異性的正常踝足有限元模型，具有高度幾何和物理相似性。2.明確了正常踝足應(yīng)力分布規(guī)律。3.慢性踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)時(shí)，距骨的應(yīng)力較正常時(shí)內(nèi)后部減小，外側(cè)及頭頸部偏大，局部應(yīng)力增加，易造成關(guān)節(jié)內(nèi)微細(xì)骨折和周圍軟骨損傷，最終導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎和功能障礙。4.內(nèi)旋較內(nèi)翻對(duì)距骨的影響更大。臨床上，矯正慢性踝關(guān)節(jié)外側(cè)失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)主要矯正內(nèi)旋。內(nèi)旋超過60mm，外踝和距骨頸是距骨易骨