人体膝关节下蹲运动特性及TKA后髌腱松解对其影响的仿真分析

摘要

本文以国家自然科学基金“高屈曲人工膝关节的高屈曲稳定性机制研究”为支撑，研究了人体膝关节下蹲运动特性及TKA（全膝关节置换）后，髌腱上端松解30％、下端松解30%和两端同时松解30%对下蹲运动特性的影响。
　　借助计算机图形图像技术对已经获取的人体膝关节解剖结构数据进行处理，建立了包括膝关节骨组织以及半月板、软骨、内外侧副韧带、前后交叉韧带、髌韧带和髌股横韧带等主要软组织在内的人体自然膝关节三维几何解剖模型。在建立的人体自然膝关节几何解剖模型的基础上，模拟全膝关节置换截骨和假体装配，从而建立了全膝置换后的人体膝关节三维几何解剖模型。
　　建立了自然膝关节下蹲运动的动态有限元模型。通过计算分析得出了人体自然膝关节下蹲运动的髌股关节、胫股关节的定量运动数据。并结合相关文献的查阅和数据处理，对膝关节髌股关节和胫股关节的下蹲运动特性进行了综合对比分析，总结膝关节髌股关节和胫股关节的运动特性，得到相关的结论，同时提出一些膝关节运动相关标准的统一等方面的建议。
　　建立了后稳定型假体(PFC）置换后髌腱松解前的膝关节下蹲运动的动态有限元模型，同时分别建立了髌腱上端松解、下端松解和两端同时松解30%的膝关节动态有限元模型。经有限元分析获得膝关节下蹲运动时假体置换后髌腱松解前后的运动学参数。进行 TKA后髌腱松解前与自然膝关节运动参数对比分析研究，得出全膝关节置换前后的数据差异，提出了改善PFC假体设计和TKA优化的建议。进行 TKA后髌腱松解前后的相关运动学参数对比分析研究，得到髌腱不同松解部位对膝关节相关活动度影响的定值结果。
　　TKA后髌腱松解前后的膝关节下蹲运动仿真分析结果表明，髌腱松解后相比于松解前，髌骨相对股骨的屈曲、内外旋、内外倾和上下移位有所增大；髌骨相对股骨的内外移和前后移以及股骨相对胫骨的内收外展、上下移位、内外移和前后移位有所减小。同时，髌腱松解的不同部位对膝关节不同运动的改变程度有所差异。本文研究结果可以为膝关节病理、康复的研究以及相关手术提供参考。

目录

声明

致谢

1引言

1.1全膝关节置换术的发展与意义

1.2人体膝关节运动及髌腱的研究现状

1.3膝关节有限元仿真分析的发展

1.4 课题来源及选题依据

1.5 研究内容

2人体膝关节解剖结构和几何建模

2.1 引言

2.2 膝关节的解剖结构

2.3 自然和TKA置换后膝关节几何解剖建模

2.4 本章小结

3人体膝关节下蹲运动特性分析基本理论

3.1 引言

3.2 有限元分析的基本步骤

3.3 位置、姿态与坐标系的建立

3.4 坐标变换和齐次变换

3.5 本章小结

4自然膝关节下蹲运动特性仿真分析

4.1 引言

4.2 自然膝关节有限元建模

4.3 自然膝关节有限元仿真结果

4.4 膝关节运动特性分析

4.5 本章小结

5 TKA后髌腱松解对膝关节下蹲运动特性影响的仿真分析

5.1 引言

5.2 TKA后膝关节有限元模型的建立

5.3 人工膝关节髌股关节有限元仿真及结果

5.4 人工膝关节胫股关节有限元仿真及结果

5.5 TKA后髌腱松解对髌股关节下蹲运动特性的影响

5.6 TKA后髌腱松解对胫股关节下蹲运动特性的影响

5.7 人体膝关节下蹲运动特性分析与TKA

5.8 本章小结

6总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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