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摘要
目的构建正常踝关节三维有限元模型,模拟踝关节不同方向、不同大小受力后应力与位移变化,为探究踝关节损伤的生物力学机制提供理论基础。方法对1名30岁健康男性志愿者行左踝关节螺旋CT扫描,获取其CT图像原始数据。利用Mimics、Geomagic软件处理后生成的踝关节三维数字模型导入软件Ansys中,运用有限元法划分网格、中心节点、单元链接、模块加载等主要步骤处理后得到完整解剖结构的踝关节三维有限元模型。将所建立完整踝关节结构模型,加载不同方向和不同大小应力(使用足部压力分布测量系统测量受力变化),观察踝关节有限元模型与测试志愿者组织应力与位移变化分布,以及足跟区域在足底受力峰值、跖骨受力、足底接触受力面积和胫骨关节面接触应力的最大值、最小值、接触面积的一致性。结果正常踝关节有限元模型足底受力峰值为(0.33±0.10)MPa,跖骨受力为(0. 13±0.21)MPa,足底接触压力面积为(78.60±0.32)mm2,胫骨关节面接触应力最大值为(2. 72±0. 10) MPa,接触应力最小值为(1.35±0.12)MPa,接触应力面积为(79.1±0.14)mm2。而测试志愿者双足底受力峰值为(0.35±0.12)MPa,跖骨受力为(0.13±0.16)MPa,足底接触压力面积为(77.30±0.42)mm2,胫骨关节面接触应力最大值为(2. 79±0. 23) MPa,接触应力最小值为(1. 37±0. 20) MPa,接触应力面积为(79.10±0.14)mm2(P均>0.05)。在所分部区域、分布趋势及数值大小基本一致,所建踝关节三维有限元模型与真实入体踝关节基本相符合。结论所构建的正常踝关节三维有限元模型能够形象、客观地体现踝关节解剖结构和生物力学特性,对认识踝关节内部力学变化及治疗踝关节损伤具有参考价值。
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