后交叉韧带缺失对膝关节软骨应力分布影响的三维有限元分析

摘要

目的:初步建立包括后交叉韧带(posterior cruciateligament，PCL)在内的关节韧带和半月板、关节软骨及其他主要结构在内的人全膝关节三维有限元模型，了解PCL缺失对膝关节软骨生物力学的影响，为后交叉韧带损伤早期重建和预防继发软骨损伤甚至骨关节炎提供理论依据。
　　方法:利用正常人膝CT和MRI扫描影像学数据和E-featureBiomedical Modeler、ANSYS软件建立正常膝关节三维有限元实体模型。定义边界条件、接触和材料属性，通过不同加载条件模拟完整膝关节和PCL缺失状态下膝关节的部分状态，利用ANSYS有限元分析软件计算、记录并分析比较各种加载条件下膝关节软骨应力分布。
　　结果:1.成功构建了人体膝关节三维有限元模型并通过了有效性验证，在模型上模拟了PCL缺失状态。2.后向应力时，PCL缺失后膝关节胫骨平台内侧、股骨内髁软骨应力峰值分别上升17.5％和119.2％，胫骨外侧平台、股骨外髁分别下降10.2％和60.2％;外旋力矩时胫骨内侧平台、胫骨外侧平台、股骨内髁、股骨外髁分别上升17.3％、25.9％、28.1％、5.0％。应力接触区域和峰值点出现位置都无明显变化。
　　结论:1.利用CT和MRI数据建立的人膝关节正常和PCL缺失的模型真实可靠2.PCL缺失后导致股骨髁和胫骨平台软骨应力分布集中，长期作用下可能导致继发软骨损伤和退行性骨性关节炎，提示PCL断裂后宜早期重建PCL。

目录

声明

摘要

第一章：前言

第二章：膝关节三维有限元模型的构建

2．1 构建材料和软件

2．1．1 志愿者资料

2．1．2 扫描仪及计算机配置

2．1．3 模型构建软件

2．2 模型构建方法

2．2．1 原始数据采集

2．2．2 建立骨、软骨韧带和半月板组织的初步模型

2．2．3 初步建立膝关节三维有限元模型

2．2．4 设置材料属性

2．2．5 边界设定及定义接触区

2．3 结果

2．4 讨论

2．4．1 限元分析在骨科领域的应用

2．4．2 FEA法的原理和优缺点

2．4．3 怎样提高模型运算精确度

2．4．4 本模型的特点

第三章 PCL缺失对膝关节软骨应力分布的影响

3．1 方法

3．1．1 模型的验证

3．3．2 加载条件

3．2 结果

3．3 讨论

3．3．1 关节软骨损伤与应力相关的机制的探讨

3．3．2 本实验与已有相关研究的异同点

3．3．3 PCL缺失时关节软骨应力变化

第四章 结论

参考文献

综述 后交叉韧带损伤的研究现状

致谢