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相似文献
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1.
背景:有限元力学分析在生物力学领域广泛应用。 目的:采用大型有限元软件ANSYS对踝关节三维有限元数字模型进行生物力学分析,探讨踝关节各组成骨的应力分布规律及其发生形变、位移情况。 方法:把经MIMICS、Geomagic和ANSYS处理后生成的踝关节三维数字模型导入软件ANSYS中,经过约束条件、施加载荷、求解试算等阶段,对其各组成骨进行有限元分析。 结果与结论:①静止直立位时,踝关节各组成骨最大应力区集中在内踝与距骨相关节处、胫骨远端关节面髁间线前部、胫骨中下段前缘皮质区及距骨滑车外侧部;最小应力区集中在外踝、胫骨远端内侧皮质区、距骨头、距骨颈;最大位移发生在距骨头,位移自下而上逐步减小;最小位移发生在胫骨、腓骨中下段1/3处。②高空坠落时,最大应力区集中在胫骨中下段前缘皮质区、距骨滑车前外侧、内踝内侧皮质区以及胫骨远端关节面髁间线前部。其中胫骨中下段应力集中区随着压力的增加,稍向内侧移位。距骨滑车外侧部最大应力集中区位置无明显变化,范围逐渐加大。最小应力区集中在外踝、胫骨远端关节面外侧部、距骨头、内踝的外侧皮质;随着压力不断加大,内踝外侧皮质的小应力蓝色区域范围逐渐减小;外踝逐渐出现应力稍大的淡蓝色区域,提示所受应力加大。最大位移发生的部位自距骨头向上,经距骨颈、胫距关节面到胫腓骨中下段逐渐减小,到胫腓骨中下段时减到最小。  相似文献   

2.
背景:在踝关节扭伤和踝关节韧带损伤中近85%涉及外侧副韧带,损伤的机制为足跖屈时踝关节内翻。急性踝关节外侧扭伤的患者中有20%-40%会出现持续疼痛和慢性踝关节外侧不稳,导致距骨平移和旋转过大,加速软骨磨损,导致关节退化。目的:通过有限元建模探究不同类型的踝外侧副韧带损伤模型对踝关节稳定性以及距骨穹窿软骨接触应变的影响。方法:将1名27岁志愿者足踝CT扫描数据DICOM文件导入有限元软件中,进行三维重建及曲面拟合,再进行网格划分,建立含有骨骼、关节软骨和韧带的完整踝关节有限元模型,对比正常、距腓前韧带损伤、跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤4种不同工况下的踝关节稳定性和距骨软骨接触应变的改变。结果与结论:(1)在前抽屉试验中,距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨前移距离明显大于正常和跟腓韧带损伤(P <0.05),而距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之间、正常和跟腓韧带损伤之间差异无显著性意义(P> 0.05);(2)在距骨倾斜试验中,跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨倾斜角度明显大于正常和距腓前韧带损伤,而跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之...  相似文献   

3.
人体踝关节跖屈时光弹性应力实验分析   总被引:10,自引:0,他引:10  
该实验是采用光弹性应力分析法,分析踝关节在不同跖屈位置时,胫骨-距骨负重区的位置,大小以及胫距关节接触应力的分布状况。实验结果表明,踝关节在跖屈7°时,接触应力分布面积最大,压应力最小,且分布均匀;在跖屈大于19°时,接触应力分布面积开始减少,压应力增大;在跖屈大于43°时,接触应力分布面积明显减少,压应力明显增大、从中揭示,从应力观点看,踝关节在跖屈0°~19°时,为最佳负重角度范围;跖屈大于43°时,踝关节应力集中,易发生疲劳性损伤。  相似文献   

4.
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44 551个单元、16 718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...  相似文献   

5.
背景:目前踝关节骨性关节炎的手术方式包括关节置换和关节融合,但2种方式均存在一定问题,因此保踝治疗成为踝关节骨性关节炎初期治疗的首选方式。牵开成形是一种重要的保踝治疗术式,有利于缓解踝关节疼痛和改善功能,有助于关节软骨的自我修复,但现在仍缺乏确切的生物力学证据。目的:通过有限元建模探究踝关节牵开成形治疗早中期无明显力线改变的踝关节骨性关节炎的力学因素,为临床治疗提供力学证据。方法:将1名27岁志愿者足踝CT扫描数据DICOM文件导入有限元软件中,进行三维重建及曲面拟合,再进行网格划分,建立含有骨骼、韧带、肌腱和软骨的精细足踝有限元模型,对比踝骨关节炎组、外固定架组分别在中立0°、跖屈20°、背屈20°3种不同工况下的胫距关节面应力、距骨应力及距骨应变的生物力学响应。结果与结论:(1)经过有限元仿真计算发现,从踝关节整体受力来说,两组模型在中立位0°时最小,从中立位逐渐跖屈或背屈时,随着踝关节活动发生变化,应力值也逐渐增加,且在同等屈曲的条件下,背屈要比跖屈的整体应力增幅明显;(2)从胫距关节的应力峰值来说,踝骨关节炎组的胫距关节面应力峰值较正常组增幅明显,外固定架组的胫距关节面应力峰值...  相似文献   

6.
背景:近年来,骨科生物力学领域的研究不断成熟和发展,研究方法多采用有限元分析软件。作者检索文献发现国内外学者对于踝关节的研究也日益增多,但是所见研究均为静态状态,而且对于非中立位相踝关节损伤的研究鲜有报道。 目的:对已建立的踝关节数字模型进行有限元力学分析,观察踝关节在不同内翻角度时,其组成骨在不同空间维度上的位移、剪切力变化及应力变化规律,探讨内翻时踝关节的损伤机制。 方法:经Mimics、Geomagic和Ansys处理后,生成的踝关节三维数字模型导入软件Ansys中,经过约束条件、施加载荷、求解试算等阶段,对不同内翻角度时的踝关节各组成骨进行有限元分析。 结果与结论:实验模拟了踝关节内翻角度在10°,15°,20°,25°,30°,45°,60°,70°,80°,85°的10种不同工况,分别对踝关节进行有限元力学分析,得到其各组成骨在不同空间维度上发生的位移、剪切力和应力分布情况。分析数据,发现其所发生位移、所受应力及剪切力均随着内翻角度的增加不断增加,最大应力分布区即外踝、距骨滑车髁间线外侧部,为临床上最常见发生骨折的部位。随着内翻角度的增加,距骨x轴上发生的位移增加,从而影响整个踝关节的应力分布。  相似文献   

7.
目的通过踝关节三维有限元模型,研究静止站立位后踝骨折后胫距关节面的应力变化及位移趋势,为后踝骨折的治疗提供理论依据。方法以一套正常人体站立位踝关节CT图像为原始数据,应用有限元建模技术,建立带有关节软骨的踝关节三维有限元模型,对模型的有效性进行验证。通过对后踝关节面进行分区、切割,模拟计算后踝不同骨折范围条件下施加正常应力时的关节软骨接触面积、最大接触应力、平均接触应力、最大位移等参数。结果随着骨折范围的增加,胫骨软骨接触面积呈逐渐减小趋势,胫骨软骨的平均接触应力值逐渐增大,胫骨相对位移增加。胫距关节的应力区主要集中在踝穴的外侧及前外侧,当后踝骨折面积超过1/3时,关节负重区面积明显缩小,关节位移趋势增加。结论后踝骨折面积超过1/3时,关节接触面积明显减小,应力变化明显增加,关节位移趋势增加,预后不佳,具有手术复位固定的指征。  相似文献   

8.
背景:对距骨缺血性坏死的具体临床治疗,目前仍有很大争议。 目的:观察不同程度距骨坏死时,距骨滑车关节面上的应力及其分布变化。 方法:利用8具踝关节标本建立踝关节三维有限元模型,通过改变各模型距骨坏死的体积分析距骨滑车关节面压应力与其分布的变化规律,计算出距骨缺血性坏死可能诱发踝足创伤性关节炎或出现距骨塌陷的临界坏死体积。 结果与结论:实验成功建立了踝关节三维有限元模型。分析发现距骨内、外侧坏死程度比较小时,距骨滑车关节面应力分布变化不大;当内侧距骨坏死体积达到(26.6±1.5)%,外侧距骨坏死体积达到(35.0±2.5)%时,距骨坏死组织与正常骨组织边界区域出现应力集中的现象,其应力区域呈不规则形,提示,此时诱发踝足创伤性关节炎或发生距骨体塌陷的危险性很高,应手术治疗。  相似文献   

9.
关节应力分布与外展角度关系密切,研究二者内在联系可为临床关节损伤的预防、治疗提供力学依据。本研究应用逆向工程软件Mimics14.0,基于正常人体髋关节CT图像数据,经一系列处理,建立髋关节三维模型;再划分网格,赋材质,生成三维有限元模型;再导入有限元分析软件Ansys13.0,加载体重负荷,求解、计算正立位与髋关节外展5°、10°、15°、20°、25°、30°等7个体位下股骨颈的应力值,并统计分析。结果表明:正立位或外展某一不同角度下,股骨颈内、外侧区域的应力值均高于前、后方区域;随外展角度的增加,股骨颈前方区域应力值基本不变,后方区域应力值逐渐减小,内、外侧区域的应力值逐渐增大,外侧区域变化较明显。股骨颈应力大部分集中于内、外侧皮质,髋关节外展可导致应力分布发生变化,为髋关节损伤患者选取合理的手术方案及预防举措具有指导作用。  相似文献   

10.
目的 通过有限元方法探讨不同严重程度的Cam型髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement,FAI)关节软骨接触力学的变化。方法 建立正常髋关节及不同α角的 Cam型FAI髋关节三维有限元模型,计算行走、坐下、起立等日常活动下的关节软骨接触压力和应力。结果 完整步态周期加载过程中,不同α角的Cam型FAI软骨接触压力分布与正常髋关节接近,无高接触压力和Von Mises应力集中区域;坐下、起立加载过程中,Cam型FAI软骨接触压力均大于正常髋关节,且随α角的增加而增大,其接触区域主要位于髋臼缘前上方,局部出现过高压力和Von Mises应力集中。结论 Cam型FAI软骨接触力学变化的关键影响因素是运动方式,关节软骨过高的接触压力和Von Mises应力,可能是其引起软骨退变并最终导致骨性关节炎的力学原因。  相似文献   

11.
The objective of the study was to investigate the stress changes in the posterior articular surface of the calcaneus following alternation of the calcaneal varus angle in normal calcaneus and discuss the clinical significance of the calcaneal varus angle. Axial view radiographs of 165 volunteers were obtained to measure the calcaneal varus angle of normal calcaneus. A calcaneal model with different varus angle changes (including +2°, +4°, +6°, ?2°, ?4°, and ?6°) was established using Creo 2.0 software. Stress changes at different calcaneal varus angles in the posterior articular surface of the calcaneus under a load of 100 N were measured. Stressed areas in posterior articular facets were slightly fewer following +2°, +4°, and +6° changes in varus angle than in normal varus angles with stress concentering regions moving to the anteromedial aspect of the posterior calcaneal facet. However, stress concentering areas in posterior calcaneal facets following ?4° and ?6° changes in varus angle obviously moved to the anterior and posterior medial side of posterior calcaneal facets. Stress distribution in the posterior articular surface of the calcaneus varies with the calcaneal varus angle. The decrease in calcaneal varus angle following operative treatment of calcaneal fractures should be controlled within 2°.  相似文献   

12.
目的 基于有限元方法研究空心螺钉不同角度固定对后踝骨折的生物力学影响,确定空心螺钉的最佳固定方式。方法 采用CT图像重建包含胫骨、腓骨、距骨以及相应软骨和韧带的踝关节有限元模型,在验证其有效性基础上建立1/2后踝骨折模型,分析空心螺钉不同固定方式对后踝骨折固定模型的生物力学影响。结果 与螺钉0°、5°、10°、20°固定相比,螺钉15°固定时模型位移最小。螺钉15°固定时,螺钉应力比螺钉5°、10°、20°固定模型小,比螺钉0°固定模型大。但螺钉0°固定时,踝关节接触应力峰值比正常踝关节接触应力峰值大得多,易造成创伤性骨关节炎。结论 空心螺钉治疗累及关节面不超过1/2的后踝骨折安全有效;螺钉以不同角度固定时,模型的位移和应力不同。螺钉固定角度为15°时生物力学稳定性最好,可用于指导临床手术。  相似文献   

13.
目的 应用不同方法在三维重建模型上定位踝关节中心,并判断各方法的可行性,准确定位踝关节中心,进而为三维模拟下肢膝关节置换术提供形态学基础。 方法 对33例正常成人踝关节行CT扫描,数据导入三维重建软件Mimics,重建出踝关节三维立体模型,在逆向工程软件Geomagic Studio中分别采用距骨顶部中点(A点)、距骨顶部点云质心(B点)和内外踝间距中点(C点)3种方法对踝关节中心进行定位,并在冠状面上对三中心点之间的距离进行测量,应用统计软件SPSS对数据进行分析。 结果 成功建立了踝关节的三维立体模型,并用不同方法定位出踝关节中心。测量结果显示A点与B点之间的距离为(1.058±0.741)mm, B点与C点之间的距离为(1.684±1.283)mm, A点与C点之间的距离为(1.484±1.040)mm。且每个中心点之间的距离差异不具有显著性(P>0.05)。 结论 基于三维重建模型上的踝关节中心定位方法具有可行性,且与二维平面上的定位相比稳定性更高,其中距骨顶部点云质心作为踝关节中心较其他两种方法更简便易行。  相似文献   

14.
目的观测成人踝关节的相关形态学指标,为踝关节损伤修复、关节置换等提供解剖学依据,同时积累国人人体解剖学资料。方法利用游标卡尺、量角器、求积仪等,对53具成人骨骼的完整踝关节进行形态学测量。结果踝关节面积:腓骨踝关节面面积(3.70±0.41)cm2,胫骨踝关节面面积(2.50±1.56)cm2,距骨滑车面积(10.60±1.87)cm2,距骨内踝关节面面积(2.20±1.86)cm2、外踝关节面面积(3.30±0.61)cm2。距骨滑车测量:距骨滑车关节凹深度(0.30±0.18)cm;内、外侧唇的高度分别为(0.50±0.21)am、(0.90±0.12)cm;前缘宽度(2.70±0.33)cm;后缘宽度(2.00±0.58)cm。踝关节各面间以及与下肢轴线的交角:内、外踝关节面与距骨滑车平面交角分别为(109.00°±1.58°)、(116.00°±1.21°);内、外踝关节面与下肢轴线交角分别为(18.00°±1.08°)、(26.00°±1.36°)。结论踝关节损伤修复、关节置换等均应以踝关节的形态学参数为依据方能达到良好的疗效。  相似文献   

15.
For successful reconstruction of osteochondral lesions of the talus, the anatomic configuration of the talar edge must be respected. This study evaluated the radiographic configuration of the talar edge in the anterior‐posterior (AP) view by analyzing medial and lateral talar edge angles and radii in 81 patients with a true AP view and without ankle pathology. The mean lateral talar edge angle was 91.8°, and the mean medial talar edge angle was 110.0°. The medial frontal talar edge radius was 4.8 mm and the lateral 3.5 mm, respectively. No correlation between angle and radius was found. These results revealed a significant difference between the medial and the lateral talar edge configuration. This may be due to the three‐dimensional function of the human ankle joint. No study so far has addressed these differences radiologically. These differences should be addressed in the reconstruction of osteochondral lesions and be included in the preoperative planning. Clin. Anat. 22:261–266, 2009. © 2008 Wiley‐Liss, Inc.  相似文献   

16.
目的 探讨载距突轴向X线投照技术,为判断跟骨骨折内固定置钉质量提供依据。方法 选取45侧成人足踝标本(标本组)行足踝X线摄片、多层螺旋CT(MSCT)扫描及3D重建,然后行解剖观测;收集2014年7月—2017年6月南京鼓楼医院集团宿迁市人民医院成人足踝侧位X线影像资料225例(X线组)进行回顾性分析,其中男132例、女93例,年龄18~72(42.6±11.7)岁。借助形态解剖和MSCT 3D图像观察标本载距突形态,分析载距突与内踝、距骨、舟骨解剖关系,研究内踝、距骨、舟骨对载距突轴向X线投照影响。以足底平面为参照面,测量标本的载距突长、宽、高和前倾角;在临床X线图像上测量载距突前倾角,比较各组前倾角差异,分析载距突与轴向投照角之间关系,确定载距突轴向投照角。按照简单随机抽样法随机抽取标本组5例标本行实验置钉,2017年1—6月对我院10例跟骨骨折患者手术置钉,用载距突轴向X线投照法分析置钉效果。结果 标本解剖和MSCT图像观察表明,载距突位于跟骨内侧,高出跟骨前部的上面并向内侧延展,呈后上-前下倾斜,与内踝、距骨、舟骨之间具有密切的解剖关系。但在轴线方向,仅有距骨后突与载距突重叠,影响载距突轴向X线投照效果。标本组载距突平均长(24.36±2.25)mm、宽(14.91±1.58)mm和高(11.03±1.24)mm。标本组载距突前倾角分别为解剖测量30.38°±1.21°、MSCT测量30.47°±1.54°和X线测量30.17°±1.44°,X线组男性与女性载距突前倾角分别为30.09°±1.82°和30.52°±1.62°;组间比较差异均无统计学意义(F=1.768, P>0.05),表明不同研究方法获得结果一致,确定载距突前倾角约为30°,此角度即为载距突轴向X线投照角。应用轴向X线投照法判断实验和临床载距突置钉情况,成像效果较为满意。结论 载距突轴位X线成像能显示载距突长轴方向的前后位影像,及中距关节面,可用于跟骨骨折内固定术中透视和术后摄片分析螺钉置入效果,为载距突相关临床影像学检查提供了新视角。  相似文献   

17.
BackgroundNo data have demonstrated how joint gap measured under a distraction force is actually associated with mediolateral laxity evaluated under a varus–valgus force during total knee arthroplasty (TKA). This study aimed to investigate the correlations between them using a navigation system.MethodsA total of 113 primary navigated TKAs were included. After bone resection and soft-tissue balancing, the component gap was measured with a distraction force of 60 N and 80 N for both the medial and lateral compartment (i.e. a total of 120 N and 160 N) at 0°, 10°, 30°, 60°, 90°, and 120° knee flexion. After the final prosthetic implantation and capsule closure, mediolateral laxity under a maximum varus–valgus stress was recorded with image-free navigation at each knee flexion angle. The correlation between joint gap laxity (total differences between component gap and insert thickness in the medial and lateral compartment) and mediolateral laxity was analyzed using Spearman’s rank correlation coefficient.ResultsThe joint gap laxity under both distraction forces showed significant positive correlations with mediolateral laxity at 10°, 30°, 60°, and 90° flexion, whereas no correlation was observed at extension and 120° flexion. The correlations were stronger in gap measurement under 80 N than 60 N at all examined ranges. In patients with body mass indexes (BMIs) ≥ 30 kg/m2, the correlation became non-significant.ConclusionIntraoperative joint gap laxity was associated with mediolateral laxity after TKA, especially at mid-flexion angles. The factors weakening the correlations were a lower applied distraction force for gap measurement and a larger BMI.  相似文献   

18.
《The Knee》2020,27(5):1646-1659
BackgroundThe purpose of the present study was to measure the intraoperative joint gap using tensor device and pre- and, postoperative joint stability at 0, 30 and 90° of flexion using stress radiography and to identify whether these factors influence patient-reported outcome measurement (PROM) in anatomical bi-cruciate retaining (BCR) knee arthroplasty (TKA).MethodsFifty-three knees with preoperative varus osteoarthritis of the knee underwent anatomical BCR TKA with oblique 3° angle femorotibial joint line. The intraoperative medial and lateral joint gap using a tensor device and gap difference (lateral minus medial; varus laxity) were also calculated. Postoperative joint stability was measured using stress radiographs. PROM was also evaluated at 1.5 years postoperatively. The effect of intraoperative and postoperative joint stabilities on PROMs were analyzed using Spearman’s rank correlation analysis.ResultsIntraoperative greater difference between medial joint gap at 140° and 0° of flexion showed significant positive correlation with postoperative function of patellofemoral joint. Intraoperative varus laxity at extension improved postoperative symptoms in 2011 Knee Society Score (2011 KSS); greater postoperative lateral stability at 30 and 90° of flexion with the varus stress test was associated with the better patient expectation in 2011 KSS. Postoperative medial laxity at 90° of flexion with the valgus stress test positively correlated with the patient expectation and satisfaction in 2011 KSS.ConclusionSurgeons should notice that the postoperative lateral stability and medial laxity at 90° of flexion improved PROM in anatomical BCR TKA.  相似文献   

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