Micro-CT月骨矢状面有限元模型建立及应力分析

摘要

背景：腕关节生物力学机制复杂,过去的研究多着眼于腕骨间应力的传导,但对腕骨内部骨小梁的应力分布及形变特点研究极少.目的：建立人月骨矢状面的二维有限元模型,并探讨在月骨矢状面上施加轴向应力时应力的分布规律及形变特点.方法：运用Micro-CT扫描离体的正常人月骨标本,将处理后的矢状面图像导入有限元分析软件,建立起月骨矢状面的二维有限元模型.在二维有限元模型上均匀地选取9个兴趣区,计算每个兴趣区的第一主应力、第三主应力及节点等效应力、平面剪切力及纵向位移,比较其大小和方向,并生成月骨矢状面二维有限元模型的形变图、各应力及位移云图.结果与结论：①人月骨矢状面的二维有限元模型分析：月骨矢状面近端兴趣区所受的应力大于远端兴趣区所受的应力;月骨矢状面掌侧兴趣区所受的应力大于背侧兴趣区所受的应力;月骨矢状面近端和远端的掌、背侧兴趣区所受的应力分别大于对应的月骨中间兴趣区所受的应力;月骨矢状面远端兴趣区被压向近端,近端中间区域的兴趣区被压向远端,而近端掌侧和背侧兴趣区的纵向位移方向随着腕关节姿势的不同而不同;屈腕位和背伸位时各兴趣区的应力和位移明显增加.此外,实验还发现应力集中区域是平面剪切力方向发生变化及轴向位移方向发生变化的主要区域.②结果证实：月骨矢状面在施加轴向应力时,其应力分布具有一定的规律,在月骨矢状面近端的掌、背侧及远端的掌、背侧形成4个应力集中区.而且,腕关节的姿势可以明显地影响月骨矢状面上所受的应力大小和分布.