膝关节内侧副韧带生物力学的有限元分析

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1、授予单位代码10089学号或申请号08010130024HebeiMedicalUniversity硕士学位论文专业学位膝关节内侧副韧带生物力学的有限元分析研究生：张现超导师：王鹏程教授专业：外科学二级学院：第三医院2015年3月河北医科大学学位论文使用授权及知识产权归属承诺本学位论文在导师（或指导小组）的指导下，由本人独立完成。本学位论文研究所获得的研究成果，其知识产权归河北医科大学所有。河北医科大学有权对本学位论文进行交流、公开和使用。凡发表与学位论文主要内容相关的论文，第一署名为单位河北医科大学，试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河北医科大学所有。否则，承担相

2、应法律责任。研究生签名

3、_,导师签级学院领导盖章：>/作河北医科大学研究生学位论文独创性声明本论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢等内容夕卜，文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，指导教师对此进行了审定。本论文由本人独立撰写，文责自负。研究生签名：导师签章上年4月）"曰目录中文摘要……………………………………………………………………1英文摘要……………………………………………………………………4英文缩写……………………………………………………………………8研究论文膝关节内侧副韧带生物力学的有限元分析前言………………………………………

4、……………………………9材料与方法……………………………………………………………9结果……………………………………………………………………13附图……………………………………………………………………15附表……………………………………………………………………24讨论……………………………………………………………………29结论……………………………………………………………………34参考文献………………………………………………………………34综述膝关节内侧副韧带损伤的临床治疗及研究进展…………………39致谢…………………………………………………………………………46个人简历………

5、……………………………………………………………48中文摘要膝关节内侧副韧带生物力学的有限元分析摘要目的：通过建立膝关节的三维有限元模型（Finiteelementmodel，FEM）,分析膝关节内侧副韧带（Medialcollateralligment,MCL）浅层和深层的生物力学功能。方法：选取组织完整的冰冻新鲜人体膝关节标本10侧，解剖出MCL,测量并记录膝关节内侧副韧带浅层(Superficialmedialcollateralligment,SMCL)、内侧副韧带深层(Deepmedialcollateralligment,DMCL)厚度。选取一位健康男性志愿者，年龄

6、27岁，通过X线检查确认右膝关节无病变。分别采用64排螺旋CT和3.0TMRI设备对该志愿者的右膝关节于伸直位进行扫描。将扫描数据信息以DICOM格式导入交互式医学影像控制系统MIMICS14.0，分别对股骨中下段、胫骨中上段、腓骨中上段、髌骨以及前交叉韧带（Anteriorcrueiateligament，ACL)、后交叉韧带(Posteriorcrueiateligament,PCL）、内侧副韧带、外侧副韧带(Lateralcollateralligament,LCL)、髌韧带（Patellarligament,PL)、半月板进行三维重建，获得膝关节骨组织、韧带及半月板模

7、型。将以上模型以STL格式导入到自动化逆向工程软件GeomagicStudio12.0中，对模型进行裁剪、封闭、偏移、膨胀、布尔减运算等处理，分别得到更为精细的模型文件，并按照内侧副韧带浅深两层的长、宽、厚解剖结构，运用裁剪、拉伸、布尔减运算等功能将浅、深两层分割开，得到两者的精细模型。将以上各精细模型文件再以STL格式导回MIMICS14.0软件中，在此软件3-matic模块中进行初步网格划分。建模成功后，将模型中的骨组织、韧带及半月板以ANSYS前处理文件cdb格式导入到有限元分析软件ANSYSWorkbench中，对模型进行组装，并赋予各材料属性。设定各韧带起止点与骨之

8、间、内侧副韧带浅深两层与半月板之间的接触定义为绑定接触（Bonded），其他部位的接触方式均定义为不分离接触（Noseparation）。并重新对模型进行网格划分，各部分均采用五面体与六面体交互式网格划分，共获得节点877070个，单元354003个。约束股骨上端全部6个自由度,在模型上施加胫骨的前后向力、外翻及内外旋力矩，分别观察在MCL完整、1中文摘要SMCL缺失、DMCL缺失、MCL全部缺失时，胫骨的位移或偏转角度以及内侧副韧带浅层、深层的应力大小和分布情况。结果：1在134N前向力作用下，胫骨位