浅刺治疗膝骨性关节炎患者登梯运动中生物力学效应的有限元分析

目的 研究浅刺治疗膝骨性关节炎患者登梯运动中膝关节生物力学特性的改变.方法 基于CT和MRI图像数据,建立上下楼梯运动中膝关节屈膝50°和15°的三维有限元模型,分析浅刺前后和健康组膝关节半月板、股骨及胫骨软骨的应力分布.结果 结果显示浅刺治疗后股骨软骨、内外侧胫骨软骨和内外侧半月板的最大应力比治疗前分别有所减小,软骨...     

膝关节屈伸运动形态的有限元分析

背景:三维有限元分析在骨科中被广泛应用,在膝关节屈曲运动中的研究不多。目的:对膝关节屈曲运动的生物力学特性进行三维有限元分析。方法:建立膝关节的三维有限元模型以及膝关节屈曲30°,60°以及120°时的三维有限元模型,分析膝关节不同屈曲位股骨前移情况、股骨内移情况、胫骨内旋情况和胫骨内翻情况。结果与结论:(1)股骨前移:在膝关节屈曲30°,60°和120°时股骨均出现后移,膝关节屈曲60°时的股骨后移值大于屈曲30°和屈曲120°(P0.05);膝关节屈曲120°股骨后移值大于屈曲30°,但差异无显著性意义(P0.05);(2)股骨内移:在膝关节屈曲30°时股骨外移,在膝关节屈曲120°时膝关节内移,膝关节屈曲120°时股骨内移值明显大于屈曲30°和屈曲60°时(P0.05);膝关节屈曲30°和屈曲60°时外移值比较差异无显著性意义(P0.05);(3)胫骨内旋:在膝关节屈曲30°,60°和120°时胫骨均出现内旋,3者比较差异均无显著性意义(P0.05);(4)胫骨内翻:在膝关节屈曲30°,60°和120°时胫骨均出现内翻,其中屈曲120°时胫骨内翻不明显,膝关节屈曲60°时胫骨内翻度数最大,明显高于屈曲120°时(P0.05);膝关节屈曲30°时胫骨内翻度数大于屈曲120°时,但差异无显著性意义(P0.05);(5)结果表明,膝关节在屈曲60°时股骨后移最明显,膝关节屈曲120°时股骨内移值最大,膝关节屈曲30°和屈曲120°时胫骨内旋明显,膝关节屈曲60°时胫骨明显内翻。     

不同股骨止点对内侧髌股韧带重建后髌股关节应力影响的三维有限元分析

背景：髌股韧带重建有多种手术方式,其中股骨止点选取对手术实施影响较大,目前针对股骨止点的选取有多种方式,但无定论。目的：通过三维有限元软件分析膝关节不同屈曲状态下内侧髌股韧带（MPFL）股骨重建止点位置改变对髌股关节应力的影响,从而选择出合理准确的股骨重建止点。方法：获取成年人正常膝关节CT数据,导入Mimics、Geomagic及Soildworks软件进行提取模具、添加韧带,其中韧带的股骨止点选择分别为股骨内上髁与内收肌结节连线的中点、股骨内上髁、内收肌结节、股骨髁间窝顶部向内髁投射点和内收肌结节下10 mm,再将添加韧带后的模具导入机械软件Ansys,对不同股骨止点重建后髌股关节应力进行生物力学的有限元分析。结果与结论：（1）在膝关节屈曲0°和30°时,选取任一股骨止点产生的髌股关节应力大于其他屈曲角度（60°,90°,120°）;无论采取哪种位点作为股骨端止点,当膝关节屈曲超过30°时,髌股关节间的接触应力大小基本无差别;（2）在膝关节屈曲0°和30°时,以内收肌结节为止点的髌股接触压力最大,以股骨内上髁与内收肌结节连线的中点为止点的接触力最小;在膝关节屈曲30°时,股骨内上髁...     

单髁置换术应用于骨关节炎合并前交叉韧带缺失的三维有限元研究

目的采用有限元方法比较前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)完整与缺失的骨关节炎患者单髁关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)术后膝关节生物力学特性,分析ACL缺失对膝关节单髁置换术后的运动和应力的影响。方法根据膝关节CT、MRI图像,建立有限元模型。采用逆向工程技术重建活动衬垫单髁假体,加载入该正常膝关节三维有限元模型。在不同屈膝角度(0°、30°、60°、90°、120°)加载载荷,观察在ACL完整(ACL-intact,ACLI)和缺失(ACL-deficiency,ACLD)情况下,膝关节的最大接触压和位移程度。结果 UKA-ACLI与UKA-ACLD模型在膝关节屈膝各角度,各部位(外侧股骨软骨、胫骨软骨、半月板、股骨假体、胫骨假体、衬垫)最大应力无明显差异,ACLD模型在膝关节屈膝0°和30°位前后位移明显大于ACLI模型,在膝关节屈膝0°位股骨相对内旋减小,在膝关节屈膝30°位股骨相对外旋增加。结论标准位置假体植入情况下,ACL缺失并不会导致UKA术后应力异常增大,会导致在膝关节伸直位时位移增加。     

基于CT和MRI膝关节有限元模型建立与不同载荷下生物力学特性分析

基于CT和MRI图像数据建立膝关节有限元模型,采用六面体网格对不同载荷系统下人体膝关节生物力学特性进行研究,并进行有效性验证。建立膝关节有限元模型包括:股骨、胫骨、髌骨、腓骨、股骨软骨、胫骨软骨、腓骨软骨、半月板、前后交叉韧带、内外侧副韧带、髌韧带和股四头肌腱等。对膝关节施加1 kN轴向压缩载荷、134 N后向抽屉力和5、10、15 N[?m内翻力矩和外翻力矩,分析膝关节内软骨和半月板的接触应力和接触面积,股骨内外翻倾角以及位移变化情况。在1 kN压缩载荷和134 N抽屉力作用下,股骨软骨、内外侧半月板和内外侧胫骨软骨的接触应力峰值分别为4.47、3.25、2.83、2.70、2.53 MPa,Von Mises应力峰值分别为2.22、2.44、2.25、2.07、1.64 MPa。股骨相对胫骨前向位移为4.19 mm。施加5、10、15 N[?m内翻和外翻力矩时,股骨内翻和外翻倾角分别为3.49°、4.48°、4.91°和3.22°、3.62°、4.01°。随着力矩的线性增大,膝关节各组成部分的应力呈非线性变化趋势。膝关节软骨、半月板和韧带的研究结果符合其生物力学特性,与前人数值分析和实验研究结果相一致,可为临床膝关节生理病理分析和治疗提供一定的理论依据。     

膝关节单髁置换术胫骨假体不同后倾角对假体磨损和功能的影响

目的 建立单髁置换术胫骨假体后倾3°和7°膝关节不同屈膝角度三维有限元模型,研究两种后倾角膝关节生物力学特性和假体磨损及其对功能的影响.方法 结合人体膝关节CT与MRI图像和第3代Oxford假体,建立胫骨假体后倾3°和7°下屈膝单髁置换术有限元模型,在股骨内外侧髁中心点上施加1 kN载荷模拟人体站立相负重,分析不同屈...     

不同屈曲角度时内侧髌股韧带重建的有限元分析

背景：内侧髌股韧带重建是目前治疗髌骨外侧脱位最常用的方法，最终目的是将髌骨调整到正常的解剖位置，恢复髌骨轨迹，目前内侧髌股韧带重建的主要核心问题在于其股骨端固定点的选取上。目的：运用有限元方法分析膝关节不同屈曲角度时重建内侧髌股韧带对髌骨的限制作用，模拟不同股骨端固定点重建内侧髌股韧带对髌骨的限制作用，为内侧髌股韧带重建时股骨端固定点的选取提供帮助。方法：依据提取的膝关节CT与MRI数据建立包含骨骼及软组织的膝关节有限元模型，在模拟膝关节30°与60°屈曲角度时，选取不同的股骨端固定点构建内侧髌股韧带，比较不同点位时髌股关节间接触应力与接触面积，以及对髌骨横向约束力的大小。对不同屈曲角度时相同股骨端固定点所构建的内侧髌股韧带等长性进行验证，以研究各种内侧髌股韧带重建位置的效果。结果与结论：(1)建立了30°与60°屈曲角度时膝关节的三维有限元模型，构建了不同股骨端固定点的内侧髌股韧带，不同屈曲角度时相同股骨端位置构建的内侧髌股韧带具有可用的等长性；(2)对髌骨向外侧施加位移后，在横向方向上，不同股骨端固定点构建的内侧髌股韧带对髌骨产生了不同的横向约束力，在前端10 mm处时横向约束力最...     

膝关节三维有限元模型建立和验证及模拟后交叉韧带重建术

目的建立健康成年人膝关节三维有限元模型并进行验证,在此基础上建立模拟后交叉韧带单束重建术的股骨、胫骨隧道和移植物模型,为进一步分析奠定基础。方法以MRI作为数据源,运用医学制图软件Mimics,逆向工程软件Geomagic studio、Solidworks及有限元分析软件Abaqus,参考大量有关实验的文献报道,建立所需三维有限元模型。验证模型:模拟膝关节在屈曲0°情况下,对股骨施加后向134 N集中力,得出胫骨股骨相对位移及主要韧带受力分布与已报道文献进行比较;模拟膝关节屈曲0°情况下,加载垂直方向395 N集中力(单腿站立时下肢受力),得出软骨及半月板von Mises应力并与已报道文献进行比较。结果建立的膝关节三维有限元模型包括股骨下段、胫腓骨上段、髌骨、股骨软骨、胫骨软骨、髌骨软骨、髌韧带、内外侧半月板、前后交叉韧带、内外侧副韧带,几何形状良好。模型验证:股骨相对胫骨前后、远近及内外方向上位移分别为4.52 mm、0.35 mm和1.12 mm,此时韧带应力主要分布在前交叉韧带股骨附着处和体部且股骨附着处最大,与类似实验报道结果一致,且与临床结论前交叉韧带主要限制胫骨前移、在股骨附着处易发生断裂一致;半月板承担主要应力且内侧大于外侧,主要分布在内缘,最大应力值为1.65 MPa,其次胫骨软骨最大应力为1.05 MPa,股骨软骨应力最小,主要受力部位在内侧,为0.78 MPa;与已报道文献及尸体解剖力学实验结果一致,验证了该模型的有效性,在此基础上模拟建立后交叉韧带单束解剖重建股骨、胫骨隧道和移植物模型,基本可以满足有限元分析的需要。结论采用MRI图像建立膝关节三维有限元模型切实可靠,能很好地模拟膝关节解剖结构及后交叉韧带重建术中的股骨、胫骨隧道并满足生物力学的研究。     

从生物力学角度认识股骨解剖结构对膝关节置换的影响

文题释义：膝关节骨关节炎：是一种以退行性病理改变为基础的疾患,多患于中老年人群,其症状多表现为膝盖红肿痛、上下楼梯痛、坐起立行时膝部酸痛不适等。 股骨：是人体中最大的长管状骨,可分为一体两端,用于支撑人体的躯干及骨盆等。 背景：关节置换已成为重度膝关节骨关节治疗的主要方法之一,而股骨形态在关节置换中的作用日益受到重视,通过有限元分析股骨形态对关节置换后生物力学的影响。 目的：简述股骨解剖学特性及膝关节置换研究进展,通过有限元分析法对不同股骨形态对膝关节置换后生物力学影响的进展。 方法：通过输入“股骨形态,股骨解剖形态,股骨侧弓角,膝关节骨关节炎,膝关节置换术,全膝关节置换术,单髁关节置换术,生物力学,有限元分析,total knee arthroplasty,unicompartmental knee arthroplasty,finite element analysis”等关键词,利用计算机检索万方、维普、CNKI、PubMed、Elsevier和Web of Science数据库,通过阅读标题和摘要进行初步筛选,排除与主题相关度低的文献,最终共纳入102篇文献进行结果分析。结果与结论：①股骨形态在不同人种、不同性别中存在较大差异;②不同股骨形态行膝关节置换时对股骨髓内定位杆插入点、股骨外翻截骨角度、胫骨截骨角度等均产生影响;③有限元分析相比于早期生物力学分析方法及体外实验的操作性更强,并且以已成为骨科生物力学研究的首选方法,通过有限元分析方法对股骨形态对膝关节置换的影响具有独特优势,被越来越多的人重视。 ORCID: 0000-0002-4625-7640(李超) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析

在对骑行人车系统动力学研究的基础上,分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态,以期获得关节软骨受力的规律,增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解。基于有限元分析法,建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型。将骨组织刚体化,并对其施加屈曲位移边界条件,包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移。通过显式动力学分析计算,获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位,同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布。结果 通过有限元分析,获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律。结果表明,相同载荷下,最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置,股骨软骨应力增幅达71.25%,髌骨软骨增大29.36%;随着骑行屈曲角度的增加,胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移,髌股关节软骨受力逐渐上移。骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置,胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力。     

轻度与重度骨关节炎膝关节的生物力学行为比较

目的 对比研究轻度与重度膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)膝关节的生物力学行为,阐述KOA进展的生物力学机制。方法 分别构建同一患者左侧轻度KOA(KL分级Ⅰ级)与右侧重度KOA(KL分级Ⅳ级)膝关节有限元模型。在材料属性、边界条件、载荷等设定相同的情况下进行有限元分析,比较轻度与重度KOA膝关节半月板、股骨软骨、胫骨软骨的接触面积、接触压及von Mises应力的变化特征。结果 重度KOA膝关节总接触面积和外侧室接触面积大于轻度KOA膝关节,而内侧间室接触面积小于轻度KOA膝关节。重度KOA膝关节半月板、股骨软骨和胫骨软骨上的接触压及von Mises应力峰值均大于轻度KOA膝关节;双膝关节外侧半月板上接触压及von Mises应力峰值均大于内侧半月板,双膝关节股骨软骨与胫骨软骨内侧间室接触压及von Mises应力峰值均大于外侧间室。结论 重度KOA膝关节应力分布不同于轻度KOA,接触面积、接触压和von Mises应力峰值的变化与半月板脱位、软骨缺损等因素相关,生物力学行为和解剖结构的改变促进了KOA进展。     

步态周期下半月板损伤对膝关节生物力学性能的影响

文题释义：半月板撕裂：膝关节内半月型纤维软骨破裂,撕裂原因主要是由于膝半屈或全屈位下的扭转力所造成。半月板分为内侧半月板和外侧半月板,内侧半月板较大且固定,外侧半月板较小,实验主要研究外侧半月板撕裂对力学机制的影响。 动态有限元分析：将人体正常完整步态周期作为边界条件施加在膝关节半月板模型中,观察在完整步态周期下半月板以及胫骨软骨的应力变化趋势及所受应力值大小。 背景：目前国内外对膝关节半月板的生物力学分析十分广泛,但大多集中于对膝关节屈曲运动状态下的研究,针对完整步态周期下膝关节半月板生物力学的有限元分析还不完善。 目的：通过对比外侧半月板撕裂模型与健康半月板模型,了解完整步态周期下半月板损伤后的生物力学变化机制。 方法：以健康成年人膝关节CT扫描数据为基础,建立包括胫-股骨、半月板、关节软骨在内的健康膝关节有限元模型,并在健康模型基础上进一步构建膝关节外侧半月板撕裂模型,探究在完整步态周期下膝关节外侧半月板撕裂的生物力学机制,并与健康膝模型进行对比。 结果与结论：①两种模型完整步态周期内的胫骨软骨瞬时应力变化趋势一致,但半月板撕裂模型中胫骨软骨在每一个瞬时受到的应力值均大于健康半月板模型,半月板撕裂模型与健康模型中胫骨软骨所受最大应力值分别为30,20.5 MPa;②两种模型完整步态周期内的半月板瞬时应力变化趋势是一致的,但撕裂模型中完整步态周期内半月板受到的应力均大于健康模型,半月板撕裂模型与健康模型中半月板所受最大应力值分别为69.8,41.3 MPa;③在步态周期的前60%,半月板撕裂模型中的胫骨软骨最大应力分布远大于健康模型,且随着步态周期的增长,接触范围逐渐向软骨外部边缘蔓延;在步态周期的60%以后,作用在胫骨软骨上的应力较小,最大应力的分布范围也比较小;④两种模型中健康内侧半月板应力分布基本一致,而撕裂的外侧半月板最大应力分布范围较健康内侧半月板广,在裂纹周围出现了较严重应力集中现象,且随着步态周期的进行,应力集中区域逐渐向裂纹靠近半月板前角处偏移;⑤结果表明半月板是人体膝关节中重要的承重部件,从生物力学角度可以较为直观地观察到半月板损伤对人体膝关节的危害。 ORCID: 0000-0002-2155-0058(吴铮) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

女性全身关节过度活动患者跳深着陆时膝关节应力分析

目的 分析全身关节过度活动(generalized joint hypermobility, GJH)女性患者与健康女性在跳深着陆中膝关节软骨、半月板von Mises应力分布差异。方法 采集女性GJH患者与女性健康受试者在跳深着陆缓冲阶段垂直地面反作用力(vertical ground reaction force, VGRF)峰值时刻的膝关节运动学与地面反作用力特征,通过逆动力学计算膝关节反作用力,并将膝关节沿股骨长轴方向的合力作为载荷;基于1名女性膝关节三维有限元模型,分别对2组受试者跳深着陆过程进行数值仿真,计算膝关节软骨与半月板von Mises应力及应力分布。结果 在跳深着陆VGRF峰值时刻,GJH组和对照组膝关节屈曲、外翻角度具有统计学意义(P<0.05)。相比于对照组,GJH组膝关节屈曲角度降低、外翻角度增加;在跳深着陆中,GJH组膝关节内部承受应力更大且胫股关节内、外侧室负重区应力分布不均衡,其股骨软骨外侧髁外侧、外侧胫骨软骨前部/中部外侧以及外侧半月板前角、体部外侧缘为应力集中部位。结论 女性GJH患者因膝关节活动范围增大、关节囊松弛,导致在跳跃类项目中膝关节...     

The Combined Effect of Frontal Plane Tibiofemoral Knee Angle and Meniscectomy on the Cartilage Contact Stresses and Strains

Abnormal tibiofemoral alignment can create loading conditions at the knee that may lead to the initiation and progression of knee osteoarthritis (OA). The degenerative changes of the articular cartilage may occur earlier and with greater severity in individuals with abnormal frontal plane tibiofemoral alignment who undergo a partial or total meniscectomy. In this investigation, subject specific 3D finite element knee models were created from magnetic resonance images of two female subjects to study the combined effect of frontal plane tibiofemoral alignment and total and partial meniscectomy on the stress and strain at the knee cartilage. Different amounts of medial and lateral meniscectomies were modeled and subject specific loading conditions were determined from motion analysis and force platform data during single-leg support. The results showed that the maximum stresses and strains occurred on the medial tibial cartilage after medial meniscectomy but a greater percentage change in the contact stresses and strains occurred in the lateral cartilage after lateral meniscectomy for both subjects due to the resultant greater load bearing role of the lateral meniscus. The results indicate that individual’s frontal plane knee alignment and their unique local force distribution between the cartilage and meniscus play an important role in the biomechanical effects of total and partial meniscectomy.     

Effects of the material properties of a focal knee articular prosthetic on the human knee joint using computational simulation

BackgroundLocalized cartilage defects are related to joint pain and reduced function to the development of osteoarthritis. The mechanical properties of the implant for treatment do influence its longevity. Therefore, we aimed to evaluate the effect of material properties' variations of anatomically shaped focal knee implants in the knee joint using numerical finite element analysis.MethodsComputational simulations were performed for different cases including an intact knee, a knee with a focal cartilage defect, and a knee fitted with a focal articular prosthetic having three distinct mechanical properties: cobalt–chromium, pyrolytic carbon, and polyethylene. Femoral cartilage, tibial cartilage, and menisci contact pressures were evaluated under the load. In addition, bone stress was evaluated to investigate the stress shielding effect.ResultsCompared with the intact model, the contact stress of the focal implant model was increased; on the femoral lateral cartilage by 14%, on medial and lateral tibial cartilages by nine percent and 10%, on medial and lateral menisci by 23% and 20%. In contrast, the focal implant model had no effect on the menisci but contact stress on the tibial cartilage increased compared with the intact model. The BioPoly model showed the lowest contact stress on femoral and tibial cartilages. Additionally, the cobalt–chromium model showed the lowest bone stress that improved the load-sharing effect.ConclusionsThe results suggested that implant material properties are an important parameter in the design of a focal implant. The polyethylene model potentially restored the intact knee contact mechanics and it reduced the risk of physiological damage to the articular cartilage.     

Anterior-posterior stability of the knee by an MR image subtraction method

The purpose of our study was to test the hypothesis that when a shear force was applied posteriorly to the loaded knee in vivo, there would be no relative motion between the tibia and the medial femoral condyle. Siemens 7 Tesla high-resolution MRI machine was used to scan eight healthy male volunteers with the knee at 15° of flexion. Two scans were obtained: the first with a compressive force of 660 N along the tibial long axis and a second with the compressive force and a posterior shear force of 36 N applied to the tibia. Solid models were created of the femur, tibia, and menisci for both loading conditions. The tibial models were superimposed enabling the displacements of the femur and menisci to be determined, relative to a fixed tibia. On average, the lateral femoral condyle displaced anteriorly by 0.66 mm but the medial femoral condyle displaced posteriorly by 0.36 mm. This indicated an axial rotation with a center between the lateral and medial condyles, but closer to the medial. The menisci displaced with the femoral condyles, but there was no indication that the medial meniscus was contributing to the pivoting action. This study supported the concept of medial anterior-posterior stability under weight-bearing conditions, but with structures other than the medial meniscus providing the stability. This study has application to the treatment of knee injuries and to knee arthroplasty design.     

Morphometric differences between the medial and lateral meniscus in healthy men - a three-dimensional analysis using magnetic resonance imaging

The objective of this work was to characterize tibial plateau coverage and morphometric differences of the medial (MM) and lateral meniscus (LM) in a male reference cohort using three-dimensional imaging. Coronal multiplanar reconstructions of a sagittal double-echo steady state with water excitation magnetic resonance sequence (slice thickness: 1.5 mm, and in-plane resolution: 0.37 × 0.70 mm) were analyzed in 47 male participants without symptoms, signs or risk factors of knee osteoarthritis of the reference cohort of the Osteoarthritis Initiative. The medial and lateral tibial (LT) plateau cartilage area and the tibial, femoral and external surfaces of the MM and LM were manually segmented throughout the entire knee. This process was assisted by parallel inspection of a coronal intermediately weighted turbo spin echo sequence. Measures of tibial coverage, meniscus size, and meniscus position were computed three-dimensionally for the total menisci, the body, and the anterior and the posterior horn. The LM was found to cover a significantly greater (p < 0.001) proportion of the LT plateau (59 ± 6.8%) than the MM of the medial plateau (50 ± 5.5%). Whereas the volume of both menisci was similar (2.444 vs. 2.438 ml; p = 0.92), the LM displayed larger tibial and femoral surface areas (p < 0.05) and a smaller maximal (7.2 ± 1.0 vs. 7.7 ± 1.1 mm; p < 0.01) and mean thickness (2.7 ± 0.3 vs. 2.8 ± 0.3 mm; p < 0.001) than the medial one. Also, the LM displayed less (physiological) extrusion than the medial one. These data may guide strategies for meniscal tissue engineering and transplantation aiming to restore normal joint conditions.     

基于定量动态负荷下膝关节骨性关节炎软骨MRIT2时间表现研究

目的通过比较膝关节骨性关节炎（OA）病人定量动态负荷前后膝关节软骨T2时间变化情况,分析MRIT2mapping序列反映软骨基质生物力学变化的灵敏度．并验证高磁场条件下人体关节负荷装置的有效性。方法10例膝关节OA病人,其中男性3例．女性7例：年龄4l～66岁．平均年龄57-3岁。依托人体下肢关节力学负荷装置,对其施加膝关节动态负荷。负荷前后行膝关节MRIT2maDping成像,将膝关节轴向负荷区软骨分为4个部位：胫骨平台内、外侧软骨区及股骨内、外侧髁软骨区．分别测量各部位软骨负荷前后的T,时间。对负荷前膝关节内、外侧软骨分级评估进行卡方检验,对同一软骨区动态负荷前后的T2时间进行配对t检验。结果负荷前膝关节内外侧软骨分级差异无统计学意义（P〉0．05）。OA病人负荷前后T2值,胫骨平台内侧软骨区分别为（39．59±4．17）ms、（40．14±4．49）ms（f=0．426,P=0．680）;胫骨平台外侧软骨区（38．85±6．72）ms、（41．25±6．54）ms（t=1．704,P=0．123）：股骨内侧髁软骨区（36．44±5．72）ms、（40．63±4．90）ms（t=1．783,P=0．108）;股骨外侧髁软骨区（39．30±5．78）ms、（46．14±5．03）ms（t=2．826,P=0．020）。结论OA病人负荷后膝关节局部区域软骨区T2时间延长．自行设计的动态加压装置适合在高磁场条件下完成加压及MRI检查,有一定推广意义。     

跳跃运动中不同护膝条件下膝关节半月板应力场的数值研究

目的 采用数值模拟方法,建立人体膝关节肌骨系统生物力学模型,并将人体动力学模型模拟跳跃运动时所获得的运动学和动力学信息作为模型驱动数据,进而分析不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场分布特征。方法 基于受试者CT与MRI断层扫描图像,构建包括骨、关节软骨、半月板、韧带和膝关节外围软组织的较真实人体膝关节模型,依据跳跃运动全周期分析选择蓄力起跳、落地冲击两个半月板损伤风险较大的位姿步态进行模拟,分析4种不同热力耦合护膝条件下膝关节半月板的应力场特征,讨论半月板峰值应力及其应力集中区域的变化,探究半月板损伤以及佩戴护膝的防护功效和力学依据。 结果 膝关节内侧半月板前角是应力集中的易受损区域;在热力场耦合护膝条件下,内侧半月板应力集中区域由其狭长且薄弱的前角转移至其较为宽厚的中部,且峰值应力显著降低;内、外侧半月板的峰值应力接近,表明两者共同承担外载,且半月板应力集中区域面积减小。结论 热力场耦合护膝对于膝关节半月板的损伤具有良好防护作用。数值模拟研究结果可以为热力多功能护膝的设计提供理论支撑和技术指导。