膝关节三维有限元模型的建立及前交叉韧带生物力学三维有限元分析

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有限元法为工程力学中广泛应用的力学分析方法，其在求解三维结构力学问题时拥有无可比拟的优势，将其应用于人体生物力学研究，也已显示出了极大的优越性，目前有限元方法已成为研究骨科生物力学最常用的分析工具之一。国内较早的骨科领域三维有限元分析多集中于腰椎及髋关节的生物力学研究，膝关节三维有限元分析较少。目前还未见到包括半月板、关节软骨及全部韧带在内的膝关节三维有限元模型建立和应力分析的文献报道。本研究的目的是探讨一种适合骨科领域生物力学研究需要的简便、有效的膝关节三维有限元模型建立方法。在建立有限元模型的基础上利用建好的模型对膝关节前交叉韧带进行有关生物力学分析，以验证模型的有效性并分析前交叉韧带的生物力学作用。方法:获取正常膝关节SCT扫描的计算机数字图像数据，使用图形处理软件：Able Software 3D-Doctor Version一3.5和GeomagicStudio Version-7.0建立膝关节三维实体模型，然后将模型载入有限元处理软件ABAQOIJS／STANDARD Version-6.5建立有限元模型。确定边界条件和载荷，对膝关节在以下两个方面进行生物力学分析：具有完整前交叉韧带的膝关节；切除前交叉韧带的膝关节。结果:初步建立了膝关节三维有限元模型：建立的膝关节三维有限元模型具有良好的生物形态，外形与实体标本一致性高。进行膝关节生物力学有限元分析发现，前交叉韧带为限制胫骨前移的首要的结构，前交叉韧带切除后，膝关节明显不稳定。结论:采用CT扫描资料建立三维有限元模型是切实可行的，特别适用于骨科领域三维有限元模型的建立；采用间接法建立三维有限元模型比直接法建模更加简便、高效。前交叉韧带是维持膝关节稳定的重要结构，损伤后要及时修复以恢复膝关节正常的功能。

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作者
张祚福;
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作者单位

中南大学;

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授予单位中南大学;
学科外科学
授予学位硕士
导师姓名王万春;
年度 2006
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类下肢骨;生物力学;
关键词
膝关节; 前交叉韧带; 三维有限元分析; 生物力学;

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