計(jì)及半月板的人體膝關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)仿真及三維有限元分析.pdf

1、人體膝關(guān)節(jié)是人體最大、最復(fù)雜的關(guān)節(jié)之一，也是一個(gè)發(fā)病率較高的關(guān)節(jié)。研究膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)問題，分析各組成部分的應(yīng)力載荷分布，建立符合人體解剖結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型，得到符合真實(shí)結(jié)構(gòu)的力學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)，一直以來都是生物力學(xué)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。自從有限元分析技術(shù)在計(jì)算生物力學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用以來，已經(jīng)滲透到生物力學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，如何建立符合人體解剖結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)有限元模型，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的力學(xué)分析和準(zhǔn)確的預(yù)測，得到可靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)用于

2、臨床治療、醫(yī)學(xué)研究、生物機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用、假肢設(shè)計(jì)、矯正手術(shù)以及醫(yī)學(xué)快速成型等領(lǐng)域，仍然是迫切需要解決的問題。本文針對(duì)建立完整步態(tài)周期內(nèi)膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)模型的方法和分析結(jié)果，總結(jié)如下：
　　 1.通過ADAMS軟件建立膝關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)模型，模型包括骨骼、肌肉、韌帶和半月板，模型更加符合真實(shí)的膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)。通過對(duì)一個(gè)完整周期內(nèi)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的模擬仿真計(jì)算，得到了膝關(guān)節(jié)在有、無半月板時(shí)，脛骨—股骨的接觸力、主要韌帶和肌肉的拉力隨時(shí)間變化的

3、規(guī)律，為進(jìn)一步的有限元分析提供了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)。
　　 2.利用從醫(yī)學(xué)影響中得到的膝關(guān)節(jié)CT斷層掃描數(shù)據(jù)，通過醫(yī)學(xué)三維重建，建立膝關(guān)節(jié)的股骨--脛骨—腓骨的三維實(shí)體模型，通過有限元軟件進(jìn)行了面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的轉(zhuǎn)化，根據(jù)骨骼成份和密度的不同，給模型輔材料屬性，建立符合真實(shí)膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的有限元模型。
　　 3.利用脛骨—股骨接觸力隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)參數(shù)，對(duì)半月板模型進(jìn)行了有限元分析，主要分析了半月板在步態(tài)周期內(nèi)動(dòng)態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變及其在相