DOI: 10.12307/2023.920
前交叉韧带部分断裂对膝关节应力影响的三维有限元分析
杨骏良1
路坦1
徐彪1
姜亚琼1
王富成2
1.新乡医学院第一附属医院,关节与创伤外科二病区,新乡市骨关节退行性疾病研究重点实验室,河南省卫辉市 4531002.新乡医学院第一附属医院,泌尿外科,河南省卫辉市 453100
摘要：背景:前交叉韧带损伤容易导致继发性的半月板损伤和骨性关节炎,目前关于前交叉韧带损伤所致的半月板及关节软骨损伤力学研究较少.
目的:利用有限元分析方法研究前交叉韧带部分断裂对膝关节内外侧半月板及关节软骨应力的影响.
方法:选择一名健康志愿者的膝关节CT和MRI影像资料,将扫描数据导入 Mimics、Geomagic及Solidworks软件,经配准融合后建立4种膝关节三维模型,分别为前交叉韧带完整、前交叉韧带后外侧束断裂、前交叉韧带前内侧束断裂及前交叉韧带缺失模型,最后导入Ansys软件,对膝关节施加4种模式荷载:在股骨顶端施加纵向荷载750 N;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及胫骨后方134 N向前推力;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及10 Nm内翻力矩,模拟膝内翻;在股骨近端面施加纵向荷载750 N及4 Nm内旋力矩,模拟膝内旋,进行膝关节半月板与软骨生物力学有限元分析.
结果与结论:①在膝关节伸直状态下,在股骨顶端施加纵向荷载750 N时,前交叉韧带前内侧束断裂和缺失使半月板总体应力及其峰值明显增大,但其应力分布无明显变化,关节软骨应力无明显变化;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及胫骨后方134 N向前推力时,前交叉韧带前内束断裂使胫骨前移增大,半月板后角受挤压应力增大,关节软骨应力无明显变化;模拟膝内翻时,前交叉韧带不同程度损伤较完整时的外侧半月板后角应力减小,内侧半月板应力增大,关节软骨应力稍减小;模拟膝内旋时,前交叉韧带前内束断裂及缺失使股骨软骨和胫骨软骨的等效应力峰值由内侧软骨转向外侧软骨,半月板应力峰值明显增大,此时对膝关节旋转稳定性起主导作用的是前交叉韧带前内侧束;②结果显示,在膝关节处于伸直站立位、内翻及内旋时,前交叉韧带前内侧束断裂患者继发半月板损伤的风险远大于后外侧束断裂患者,而对关节软骨的影响无明显差异.
关键词：前交叉韧带损伤有限元分析生物力学半月板关节软骨
分类号：R459.9(治疗学)R319(医用一般科学)R686.5(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)
论文发表日期：2024-03-21
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：7( 1347-1353 )
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