前交叉韧带重建后急停起跳过程中膝关节应力的有限元分析

背景：已有研究分析了前交叉韧带重建患者术后完成不同动作时健患侧运动学、动力学等运动特征，假设前交叉韧带重建术后患者在完成急停起跳动作时健侧前交叉韧带von Mises应力较患侧高，半月板和股骨软骨的von Mises应力较患侧低。目的：通过探究前交叉韧带重建患者健患侧膝关节软组织的应力响应特征，以期为降低该人群发生前交叉韧带二次损伤及慢性膝关节骨性关节炎等继发性损伤提供参考。方法：运用红外光点运动捕捉系统(Nokov)和测力台(Bertec)采集前交叉韧带重建患者急停起跳时膝关节运动学和动力学特征，通过欧拉角计算方法和逆动力获得膝关节三维角度和三维力矩参数，并将膝关节三维角度和力矩作为边界和加载条件分别载入健患侧膝关节有限元模型，进行数值仿真，比较健患侧膝关节内部结构在实际运动载荷下的应力分布情况。结果与结论：(1)在水平向后第一地面反作用力峰值时刻，患侧膝关节屈曲角、内收角明显大于健侧，且健侧垂直地面反作用力高于患侧。此外，健侧垂直地面反作用力峰值出现在急停起跳阶段的4%-6%，而患侧出现在急停起跳阶段的15%-17%，表现出健侧腿较患侧先着地的运动模式。(2)有限元分析显示健侧前交...