半月板三维有限元模型建立及力学分析

摘要：

目的:建立正常膝关节及半月板三维有限元模型,较真实模拟膝关节及半月板的解剖形态及特点,通过初步有限元生物力学分析验证模型的有效性,并阐释半月板的部分生物力学机制.方法:利用CT和MRI扫描一健康男性志愿者膝关节获得其图像信息,导入至Mimics 10.01及Geomagic Studio软件构建膝关节各组织结构三维模型,利用ANSA软件对结构模型进行组合建立完整的膝关节模型,并对模型进行网格划分,最终建立了完整膝关节三维有限元模型.最后将有限元模型导入到ANSYS软件中,设置材料属性、建立边界条件和施加载荷,进行有限元分析,验证模型有效性,并分析半月板的生物力学特性.结果:所建立的模型包含膝关节骨、关节软骨、半月板及主要韧带结构,能有效模拟膝关节及半月板的解剖形态及特点.内侧半月板接触面积为771.05 mm2,外侧半月板接触面积为634.31 mm2,内外侧半月板接触面积比为1.216.内外侧半月板的应力分布均匀,但内侧半月板所受应力高于外侧半月板,其峰值应力分别出现在内侧半月板后角及外侧半月板前角,其峰值应力为4.11 MPa.半月板最大位移位于其体部,内侧较外侧形变更大,最大位移形变值为0.33 mm.所获得的力学分析结果于文献相一致,验证了模型的有效性.结论:本研究所建立的膝关节及半月板有限元模型具有有效性,可为半月板撕裂及半月板切除术等有限元分析研究提供有效的模型.所获得的有限元分析结果能够阐释半月板的部分生物力学机制,为临床半月板损伤和治疗提供理论指导.

关键词：半月板、有限元分析、生物力学

所属期刊栏目：33

分类号：R322.72(人体形态学)

在线出版日期：2020-09-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：766-770