步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析
白子兴1
曹旭含1
孙承颐2
杨艳军1
陈思1
温建民1
林新晓1
孙卫东1
1.中国中医科学院望京医院骨关节二科,北京市 1010022.北京中医药大学,北京市 100029
摘要：背景:踝关节属于人体最重要的承重关节之一,在行走过程中发挥着重要作用,目前缺少有关踝关节在步态周期中应力的相关研究.目的:基于有限元法分析步态周期中踝关节的应力大小及区域变化.方法:首先通过Mimics 16.0软件及Rapidform XOR364软件构建踝关节有限元模型;利用此踝关节模型与Anderson构建的胫距下关节面有限元模型的应力及接触面积进行对比,验证模型的有效性;最后通过ABAQUS有限元分析软件,模拟踝关节在步态周期中平衡站立工况及支撑末期工况的应力状态,通过对比相同区域不同工况的应力变化,分析踝关节在步态周期中的作用,探讨踝关节失稳状态下踝关节的应力变化.结果 与结论:①构建的踝关节有限元模型共包括44551个单元、16718个节点,并验证了其有效性与合理性;②平衡站立工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距后韧带近端(F)、胫距关节下表面(H);踝关节最大应力在胫距后韧带近端附着点(F),为10.670 MPa;最小应力在内踝胫骨关节面(J),为2.965 MPa;③支撑末期工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距关节下表面(H)、外踝距骨关节面(K);踝关节最大应力在胫距前韧带近端(D),为23.00 MPa;最小应力在胫距后韧带近端附着点(F),为3.478 MPa;④提示构建的踝关节有限元模型高度还原了踝关节的力学环境,明确了步态周期中踝关节的应力规律,为临床踝关节相关疾病的诊疗与术后康复提供了思路.
关键词：步态周期踝关节支撑末期有限元生物力学
分类号：R459.9(治疗学)R318(医用一般科学)R684(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)
资助基金：北京市自然科学基金(7172244)北京市科技计划(Z191100006619024)
论文发表日期：2022-03-21
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：5( 1362-1366 )
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