胫骨后倾角对前交叉韧带及膝关节稳定性影响的三维有限元分析

发布时间：2017-07-16 07:11

  本文关键词：胫骨后倾角对前交叉韧带及膝关节稳定性影响的三维有限元分析

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【摘要】：目的:探讨胫骨平台后倾角对前交叉韧带及膝关节稳定性的生物力学影响。方法:选择一名健康志愿者行左侧膝关节CT及MRI扫描,测量胫骨平台后倾角为7°。将扫描数据导入Mimics软件,获得骨、软骨、半月板、韧带等结构的三维模型,然后利用Geomagic对图像进行修饰,再导入Solidworks软件中建立伸直位膝关节三维模型。利用Solidworks软件建立2°和12°两种不同后倾角的膝关节三维模型。在建立三组膝关节伸直位模型后,每组模型再分别建立屈膝30°和90°的模型。将膝关节不同三维有限元模型导入ANSYS有限元分析软件中,给予加载负荷进行计算分析:伸直位模型胫骨固定,股骨侧给予施加1150 N的垂直负荷;屈膝30°模型胫骨固定,股骨施加750 N垂直负荷及10 N·m的外旋负荷;屈膝90度模型股骨侧固定,胫骨侧施加134 N的前向负荷。在各模型中分析ACL及胫骨-股骨的相对位移。结果:计算机三维有限元分析显示,在伸膝状态下,ACL承受的张力随着胫骨后倾角的增加而增加:PTS为2°时ACL张力为12.195 N,7°时为12.639 N,12°时为18.658 N;胫骨-股骨相对位移:PTS为2°时为2.735 mm,7°时为3.086 mm,12°时为3.881 mm。在屈膝30°的模型中,前叉韧带所承受的最大张力如下:2°时为24.585 N,7°时为25.612N,12°时为31.481 N;胫骨-股骨位移为:2°时为5.590 mm,7°时为6.721 mm,12°时为6.952 mm。在屈膝90°的模型中,前叉韧带所承受的最大张力如下:2°时为5.119 N,7°时为8.674 N,12°时为9.314 N;胫骨-股骨位移为:2°时为0.276 mm,7°时为0.577 mm,12°时为0.602 mm。结论:在膝关节承受应力时,随着PTS的增加,ACL承受的张力和胫骨-股骨之间相对位移都随之增大,较大的PTS可能是ACL损伤的危险因素。
【作者单位】： 广东省第二人民医院骨科;广州中医药大学第一附属医院骨科;
【关键词】： 胫骨后倾角 前交叉韧带 膝关节 有限元分析
【分类号】：R684;R318.08
【正文快照】： 膝关节前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤是常见运动损伤之一,其中有约超过70%是非接触性事件造成的[1]。目前非接触性前交叉韧带损伤的危险因素包括:运动类型、女性、髁间窝形态、疲劳等。近年来,胫骨平台后倾角(posterior tibialslope,PTS)对非接触性前叉韧带

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