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踝关节胫骨远端关节面缺损生物力学特征的三维有限元分析
踝关节胫骨远端关节面缺损生物力学特征的三维有限元分析
宋作成1,闫小龙2(1山东大学齐鲁医院南山分院,山东省临沂市 265718;2山东中医药大学附属医院骨科,山东省济南市 250014)
引用本文:宋作成,闫小龙. 踝关节胫骨远端关节面缺损生物力学特征的三维有限元分析[J].中国组织工程研究,2016,20(48): 7212-7218.
DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.48.010 ORCID: 0000-0001-7154-0483(宋作成)
文章快速阅读:
文题释义:
踝关节:是人体负重量最大的屈戌关节。站立时全身质量均落到踝关节上,行走时负重约为体质量的5倍。在日常生活中行走和跳跃活动主要依靠踝关节的背屈、跖屈活动。踝关节骨折尤其是Pilon骨折,如果关节面对位不良或缺损较大,踝穴增宽或变窄,都会引起负重疼痛或/和踝关节失稳,日后必然发生创伤性关节炎、退行性变等。
踝关节生物力学研究:踝关节骨折时,如果缺损比较大或者关节面对位不良,踝穴变窄或者增宽,都会引起踝关节不稳、负重时疼痛,发生退行性变或者创伤性关节炎。因此,对踝关节进行生物力学分析具有重要意义。对踝关节的生物力学研究从最早的足弓印迹法,到后来的复写纸法、压力测定板法、步态分析仪法以及尸体标本实验等,虽然取得了大量有效数据,但仍存在一定缺陷。
摘要
背景:研究发现三维有限元分析可以用于踝关节生物力学研究,但关于胫骨远端关节面缺损方面的研究不多。
目的:对踝关节胫骨远端关节面缺损的生物力学特征进行三维有限元分析,为踝关节损伤相关疾病的发生机制提供依据。
方法:建立踝关节的三维有限元模型,设定不同直径的胫骨远端关节面缺损,观察趾屈14°时载荷1 400 N胫骨远端关节面的应力峰值,中立位时载荷700 N胫骨远端关节面的应力峰值,背屈10°屈14°:胫骨远端关节面前外象限应力峰值在关节面缺损直径为8 mm时最小,关节面缺损直径为16 mm时最大;前内象限应力峰值在关节面缺损直径为12 mm时最小,关节面缺损直径在16 mm时最大;后外象限应力峰值在关节面缺损直径为12 mm时最小;后内象限应力峰值在关节面缺损直径为0 mm时最小,关节面缺损直径为16 mm时应力峰值最大;②载荷700 N中立位时,胫骨远端关节面前外、前内、后外和后内象限应力峰值均随着关节面缺损直径的增加而增加,在关节面缺损直径为16 mm时4个象限的应力峰值最大;③载荷2 100 N背屈10°时在关节面缺损直径为16 mm时4个象限的胫骨远端关节面应力峰值均最大④结果表明,胫骨远端关节面缺损直径不超过12 mm对踝关节功能的影响不大,胫骨远端关节面缺损直径超过12 mm时对踝关节Biomechanical characteristics of distal tibial articular surface defect of the ankle joint: three-dimensional finite element analysis
Song Zuo-cheng1, Yan Xiao-long2 (1Nanshan Branch, Qilu Hospital, Shandong University, Linyi 265718, Shandong Province, China; 2Department of Orthopedics, Affiliated Hospital, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250014, Shandong Province, China)
Abstract
BACKGROUND: Studies found that three-dimensional finite element analysis can be used in the study of ankle biomechanics, but research on distal tibial articular surface defect was few.
OBJECTIVE: To analyze the biomechanics of distal tibial articular surface defect with three-dimensional finite element, and provide the basis for mechanism of ankle injury related diseases.
METHODS: We established ankle three-d
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