国家自然科学基金(50975013)
- 作品数：12 被引量：15H指数：3
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- ACL单束/双束重建对多屈曲角位姿的胫股关节力学特性影响被引量：1
- 2012年
- 进行膝关节的轴移仿真,在证实了单例个体膝关节的重建模型能反映不同重建术后膝关节力学特性有效性的基础上,应用SONATA MAESTRO 1.5T扫描得到的屈曲角位姿为0°/25°/60°/80°的膝关节MRI图像数据,建立了对应屈曲角的正常/ACL(anterior cruciate ligament)单束/双束重建胫股关节3D模型,通过对该系列关节模型施加轴向压力与压扭载荷,来分析多屈曲角度位姿的ACL单束/双束重建法对胫股关节软骨、半月板和韧带应力分布影响及韧带张力特性影响.结果表明:(1)ACL单束/双束重建关节的软骨与半月板上的应力分布改变跟屈曲角度相关,某些角度位姿下软骨应力分布改变显著;(2)单束重建关节的软骨和半月板上的最大等效应力有较明显的增大,最大增幅达40%左右;双束重建关节在各屈曲角位姿下软骨和半月板上的最大等效应力值更接近于正常关节;(3)ACL单束重建虽降低了PCL(posterior cruciate ligament)的最大等效应力值,却使高屈曲角位姿的内侧/外侧副韧带等效应力明显增大;双束重建后MCL(medial collateralligament)上的最大等效应力随屈曲角的变化明显,但LCL(lateral collateral ligament)和PCL的最大等效应力随屈曲角度的变化趋势与正常关节相一致性;(4)单束/双束重建后MCL上平均张力要高于另外两条韧带,而双束重建的韧带张力特性比单束重建更接近于正常关节.总之,综合ACL重建后软骨、半月板和3条韧带随屈曲角度的等效应力分布、张力变化等多种特性表明:ACL双束重建的胫股关节力学特性比单束重建更接近于正常关节,且无论ACL单束还是双束重建,都引起术后关节软骨与韧带上应力分布变化与等效应力峰值增大,这将是诱发术后关节慢性退变与膝关节并发症的根源.
- 徐强黄荣瑛许勇刚郭云飞郑红光
- 关键词：ACL重建韧带半月板
- 髌骨位姿异常对髌股关节接触影响的研究被引量：2
- 2011年
- 目的深入研究髌骨位姿异常对髌股关节的接触影响。方法通过正常膝关节MRI图像数据建立了髌股关节的正常和异常接触模型,基于正交试验对不同水平的髌股关节异常接触模型进行了有限元仿真模拟。结果 1)在膝关节屈曲过程中,髌股关节接触特性(Von Mises应力、接触压力和接触面积)对髌骨的屈曲和旋转参数最为敏感;2)髌股异常接触时软骨表面的等效应力和接触压力都明显大于正常接触时的对应值,而接触面积则明显小于正常接触的面积。3)无论髌股是正常还是异常接触,股骨软骨上的压力和等效应力都大于髌骨软骨上的对应数值,而且同一软骨上外侧的压力和等效应力均大于内侧。结论髌骨位姿异常导致髌股关节附加应力的增大与接触面积的明显减小是引发膝关节疾病的重要根源。
- 黄荣瑛徐强许勇刚郭云飞
- 关键词：髌股关节正交试验有限元分析
- ACL移植物初始力对胫股关节接触性能影响被引量：3
- 2012年
- 为深入研究ACL重建中移植物初始力对术后膝关节性能的影响,该文从MRI数据中提取膝关节各组织来构造出正常膝关节三维模型,通过对正常膝关节添加隧道与植入ACL移植物构建出ACL单束/双束重建膝关节模型。随后在压扭、压弯及压扭弯载荷作用下通过对ACL移植物施加10N^100N范围内的初始力进行有限元仿真,以此来分析初始力对关节软骨、半月板、移植物的应力分布影响以及对关节间接触力和关节位移的影响,所得结论如下:首先,单束/双束重建胫股关节的软骨、半月板的应力分布受初始力影响较小,其最大等效应力随初始力的变化分别不超过25%和20%,但移植物上的最大应力却随初始力的增加明显增大;其次,单束重建关节中半月板传递的轴向载荷随初始力增大而增加,双束重建关节中半月板传递载荷则随着初始力的增大反而减小;最后,在初始力10N^100N范围内,胫骨前移与所承受的前向力载荷之间基本成线性关系,前移量随初始力增大而减小。根据重建关节特性曲线表明,初始力对双束重建的影响稍微小于单束重建。
- 徐强黄荣瑛许勇刚郑红光郭云飞
- 关键词：前交叉韧带有限元应力
- 半月板切除对多屈曲角位姿胫股关节接触性能的影响被引量：1
- 2012年
- 针对半月板损伤切除后胫股关节接触特性的变化,该文利用正常膝关节四个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI图像数据,构建了正常/内侧半月板切除/外侧半月板切除/双侧半月板切除的胫股关节有限元模型,对各屈曲角度下的四种模型分别施加单一压载荷和压扭组合载荷进行有限元仿真,仿真结果表明:1)对胫股关节的各个屈曲角位姿而言,单侧半月板损伤切除后,存留侧半月板所承担的轴向载荷及半月板表面的最大等效应力增加,其中外侧半月板切除较内侧半月板切除的增量大;2)各屈曲角位姿下,半月板损伤切除后,胫骨/股骨软骨直接传递的轴向载荷增大,双侧半月板切除的增加量最大,单侧半月板切除对切除半月板侧的影响次之,对保留半月板一侧的影响最弱;此外,胫骨软骨上的最大等效应力以内侧/外侧/双侧切除的顺序依次增大;3)胫股关节中外侧/双侧半月板损伤被切除后,25°和80°的屈曲角位姿下的外侧胫骨软骨上出现明显的应力集中。总之,对于各个屈曲角位姿的胫股关节,半月板损伤切除后,导致胫骨软骨/股骨软骨通过直接接触传递了更多的载荷,由此改变了软骨上的应力分布,使软骨上的最大等效应力值增加,从而引起了关节软骨退变及关节的其它综合病变。外侧半月板切除引起的胫股关节接触特性的变化比内侧半月板切除时更大,在半月板切除术中应加以重视。
- 黄荣瑛郭云飞徐强张高龙
- 关键词：胫股关节半月板切除轴向载荷
- 半月板移植的固定法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼的力学特性影响
- 2013年
- 基于正常膝关节4个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI图像数据,构建了正常以及内侧半月板移植术中双隧道固定和三隧道固定的胫股关节有限元模型,对屈曲角系列下的4种模型分别施加10N.m的内外旋扭矩进行有限元仿真,得到各模型在两种载荷作用下的应力及位移分布,通过从仿真结果中提取各韧带表面的最大拉应力、韧带内的张力及韧带的最大变形量以及股骨、胫骨最大等效应力进行对比分析,获得了内侧半月板移植的双隧道/三隧道固定方法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼力学特性的影响。结果表明:同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上改善了半月板切除引起的韧带力学行为的异常情况,尤其以采用三隧道固定后的改善更为明显。与双隧道固定相比,三隧道固定使各屈曲角度下韧带表面最大拉应力的变化更为小些,且对各韧带内张力的大小的改变也更微小;虽然三隧道固定使两种载荷作用下韧带的平均变形量的变化更大一些,但4个屈曲角度下的平均变化百分比不超过10%。同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上影响股骨和胫骨应力分布,但采用三隧道固定后的影响相对于双隧道固定的小。综合而言,三隧道固定比双隧道固定更利于移植膝韧带力学性能的恢复和胫骨/股骨接近正常的骨骼应力分布。该文的研究结果能为同类异体半月板移植手术的临床实施和术后分析提供参考数据。
- 郭云飞黄荣瑛张高龙
- 关键词：胫股关节韧带骨骼
- ACL移植隧道对半月板接触应力的影响仿真
- 2011年
- 基于CT和MRI数据建立含软骨与半月板的胫股关节三维模型的基础上,进行了三方面的研究:首先,对正常/含单束/双束移植隧道的胫股关节伸直位施加不同载荷进行有限元试验,分析关节伸直位时载荷对半月板内/外侧接触应力的影响;其二,应用并联机构与ADAMS仿真,建立屈曲运动过程中的胫股关节模型;最后,在忽略单束/双束隧道对屈曲角胫股关节位姿影响的基础上,施加单一载荷对屈曲角(0°、30°、60°、90°)位姿时的胫股关节作有限元试验,分析ACL移植隧道对内/外侧半月板应力分布的影响。通过实验得到:内/外侧半月板的接触应力与载荷成线性关系,移植隧道在关节伸直位对内侧半月板的应力基本没有影响,在屈曲角90°时对其外侧的应力影响很小。然而,在屈曲角30°/60°的位姿时移植隧道使半月板内/外侧应力增加显著。因此,ACL重建后存在引起半月板慢性退变的可能性。
- 黄荣瑛许勇刚胡磊徐强
- 关键词：胫股关节半月板位姿接触应力
- 胫股关节接触特性及含前交叉韧带重建隧道软骨应力仿真研究被引量：1
- 2010年
- 目的研究软骨在胫股关节接触下受骨质材料属性变化以及前交叉韧带重建前后对软骨受力分布的影响。方法根据CT和MR I扫描数据,采用图像的阈值分割与配准技术建立了包括股骨、胫骨和关节软骨胫股关节模型并规划移植隧道。对正常/退变骨质(弹性模量为正常骨质的4/5,3/4,1/2,1/10)的胫股关节和含重建隧道的术后关节分别施加载荷(0.5,1,1.5,2 BW)进行接触应力有限元分析。结果随着关节处骨质材料弹性模量的降低,软骨表面所受的压力和应力均会增加;另外,单/双束重建隧道使胫股关节中的软骨面间的接触面积增大,降低软骨所承受的最大压力和应力。结论骨质材料属性的下降增大了关节软骨退化的可能性,前交叉韧带重建隧道减弱了关节抵抗接触载荷的能力,本研究对降低重建术后关节软骨退变及拟定术后的康复方案具有实用价值。
- 黄荣瑛许勇刚胡磊徐强
- 关键词：胫股关节前交叉韧带重建接触应力关节软骨
- TKA后关节线高度变化对膝关节力学特性影响被引量：7
- 2013年
- 确定关节线高度变化与TKA后膝关节力学特性之间的关系能够有效的指导膝关节置换手术,从而更好的恢复膝关节的功能。该文通过对不同关节线高度下、两种不同的手术方案(髌骨保留和髌骨置换)的膝关节模型进行了有限元计算和分析。结果表明,关节线过高或者过低都会影响TKA后膝关节的力学环境,造成髌骨的运动失稳和聚乙烯部件的应力增加。在全膝关节置换的手术过程中,应尽量保持关节线的水平高度不要下移,关节线上移也不要超过4mm。该文的试验为全膝关节置换术评价及假体优化设计提供基本方法和数据。
- 郑红光黄荣瑛郑海东张高龙
- 关键词：全膝关节置换假体髌骨置换
- TKA后关节线高度变化对膝关节力学特性影响
- 确定关节线高度变化与TKA后膝关节力学特性之间的关系能够有效的指导膝关节置换手术，从而更好的恢复膝关节的功能。本文通过对不同关节线高度下、两种不同的手术方案(髌骨保留和髌骨置换)的膝关节模型进行了有限元计算和分析。结果表...
- 郑红光黄荣瑛郑海东张高龙
- 关键词：全膝关节置换术力学性能优化设计
- ACL重建方法对股骨力学性能影响
- 本文基于正常膝关节的MRI图像数据,构建了正常/单束/双束韧带重建胫股关节模型,并通过对这三个关节模型分别施加不同载荷进行有限元仿真,来揭示重建手术对股骨承载力学特性的影响。同时,本文所采用的截面应力比较法和通过截面最大...
- 黄荣瑛徐强许勇刚郭云飞郑红光
- 关键词：股骨有限元前交叉韧带应力重建手术
- 文献传递
