四种方向单腿跳膝关节应力分布特征的有限元分析

摘要

目的:探讨单腿跳不同方向对膝关节交叉韧带、软骨及半月板应力分布特征的影响.方法:采集8例受试者进行单腿前跳、单腿内侧跳、单腿外侧跳以及单腿垂直跳的运动学数据和地面反作用力,通过逆动力学计算获取膝关节反力作为边界条件和荷载,并基于膝关节三维有限元模型对单腿跳触地过程进行数值仿真.结果:不同方向的单腿跳会使双侧半月板的应力分布、股骨软骨接触应力峰值以及前交叉韧带(anterior eruciate ligament,ACL)的接触点拉应力发生较大变化.单腿内侧跳的ACL接触点拉应力峰值在四种跳跃方式中最高(28.46MPa/20.76MPa),而单腿垂直跳最低(19.1MPa/14.02MPa),股骨接触点和胫骨接触点分别相差49.64％和48.07％.此外,单腿垂直跳的股骨软骨接触应力峰值与其他3种情况相比较大,达到9.85MPa.结论:单腿垂直跳触地过程中ACL接触点拉应力峰值较低,可以作为前交叉韧带术后康复训练的评价指标和训练手段,但在实际运动过程中应注意患者膝关节附近肌群的肌力训练,以及下肢的协调性和稳定性训练,以防止触地过程中软骨和半月板的急性和慢性损伤.