不同载荷对正常踝关节影响的有限元研究

摘要

目的 利用有限元法分析踝关节受到不同载荷后各组织的应力和位移分布. 方法 选取1名30岁男性健康志愿者的右足螺旋CT扫描图像,通过Mimics10.01、SolidWorks2009等软件进行踝关节的三维重建、模拟韧带连接和生成关节接触等,分别建立了包含骨-韧带复合体的5块骨和9块骨的正常踝关节三维有限元模型.在模型中设置相应的边界条件分别模拟踝关节在中立位站立、内翻、外翻、内旋及外旋时所受外力,进行加载运算. 结果 本研究获得了踝关节在5种加载中各组织的Von Mises应力分布,其中距腓前韧带在除外翻加载外的其他4种加载下应力均明显增加,为承受载荷的主要装置；同时获得了各种载荷下各关节的接触力及各骨与关节的活动度. 结论 本研究所建立的正常踝关节三维有限元模型经验证有效,其对于认识踝关节内部的力学传递机制及踝关节的损伤特点具有重要价值.