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全膝关节置换个体化患者右转步态的骨肌多体动力学仿真 被引量:23
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作者 陈瑱贤 王玲 +1 位作者 李涤尘 靳忠民 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期397-403,共7页
目的构建个体化患者全膝关节置换(total knee replacement,TKR)的骨肌多体力学模型,模拟患者下肢右转步态时体内膝关节的生物力学行为。方法以1位具体患者的相关数据为材料,基于骨肌动力学仿真软件Any Body及其依赖于力的运动学建模方法... 目的构建个体化患者全膝关节置换(total knee replacement,TKR)的骨肌多体力学模型,模拟患者下肢右转步态时体内膝关节的生物力学行为。方法以1位具体患者的相关数据为材料,基于骨肌动力学仿真软件Any Body及其依赖于力的运动学建模方法,建立与患者相对应的TKR下肢骨肌多体动力学模型,并对患者的右转步态进行模拟。通过逆动力学分析右转步态,同时预测患者膝关节接触力、关节运动、肌肉活性和韧带力。结果模型预测的胫骨-股骨关节内、外侧接触力的均值均方根误差分别为285、164 N,相关系数分别为0.95和0.61,预测的髌骨接触力均值最大值为250 N。模型预测的接触力和肌肉活性与患者实验测量结果基本一致。此外,模型预测的胫骨-股骨的伸展弯曲、内外旋和内外翻运动的均值分布范围分别为3°~47°、-3.4°~1.5°、0.2°^-1.5°,胫骨-股骨的前后、上下和内外侧平移的运动范围分别为2.6~9.0 mm、1.6~3.2 mm、4.2~5.2 mm。模型还预测了内、外侧旁系韧带力和后交叉韧带力,其最大值分别为190、108、108 N。结论所开发的模型能够预测人工膝关节体内生物力学行为,为后续研究膝关节假体临床失效问题提供强有力的计算平台。 展开更多
关键词 人工膝关节 全膝关节置换 右转步态 骨肌多体动力学 接触力 肉活性
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个体化骨肌多体动力学和有限元联合建模的肩胛骨锁定板生物力学评估方法 被引量:7
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作者 范勋健 陈瑱贤 +3 位作者 曹卓 夏志辉 陈军 靳忠民 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期168-176,共9页
为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能。以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件An... 为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能。以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件Anybody和有限元软件Abaqus,建立与个体上肢相对应的骨肌多体动力学模型和肩胛骨骨折固定有限元模型,模拟右臂外展90°和前屈45°运动;采用骨肌多体动力学方法,预测个体体内所有的肌肉力和关节力,然后将预测的肌肉力和关节力加载至肩胛骨骨折固定有限元模型,调查新设计骨折板的生物力学性能,并与传统重建板进行了对比。结果表明:在右臂外展和前屈运动中,最大盂肱关节接触力分别为428 N和379 N;2.6 mm厚度新设计骨折板的最大范氏应力分别为118 MPa和113 MPa,均小于3 mm厚度重建板的最大范氏应力128 MPa和142 MPa。与传统的植入物失效评估方法相比,个体化联合建模方法增加考虑了个体的解剖差异和体内生理载荷状况,允许在个体日常活动体内载荷下调查植入物的生物力学性能,可为假体设计、医生手术和术后康复提供理论指导。 展开更多
关键词 肩胛锁定板 内载荷 骨肌多体动力学 有限元 生物力学
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DDH患者全髋关节置换中股骨偏心距对骨肌多体动力学和接触力学的影响 被引量:6
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作者 陈夕辉 柴伟 +2 位作者 高永昌 张志峰 靳忠民 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期225-231,共7页
目的探讨先天性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)患者全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)中股骨偏心距的生物力学影响。方法以1例CroweⅣ型DDH女性患者的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件AnyBody,... 目的探讨先天性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)患者全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)中股骨偏心距的生物力学影响。方法以1例CroweⅣ型DDH女性患者的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件AnyBody,建立与患者对应的个体化THA下肢骨肌多体动力学模型,分析股骨偏心距在±20 mm内变化时髋关节力、外展肌力的改变。同时建立不同偏心距下股骨-S-ROM假体动态有限元模型,由骨肌模型计算的不同偏心距下水平匀速行走步态内的动态载荷被加载至相应的有限元模型,对S-ROM假体柄与袖套之间的应力、接触应力和微动进行分析。结果股骨偏心距±20 mm内的变化对髋关节力峰值影响较小,股骨偏心距减小会导致外展肌力峰值显著增加,股骨偏心距增大会导致柄的最大应力、接触应力和微动显著增加。结论 DDH患者THA中股骨偏心距改变对外展肌力和假体最大应力、接触应力与微动影响显著,医生应予以考虑。 展开更多
关键词 先天性髋关节发育不良 全髋关节置换 骨肌多体动力学 有限元分析 生物力学
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股骨柄髓外设计对髋关节接触力影响的骨肌多体动力学研究 被引量:3
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作者 张志伟 张志峰 +2 位作者 陈瑱贤 王彩梅 靳忠民 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期90-96,共7页
目的 探讨全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)假体股骨柄颈干角、偏心距和前倾角等设计参数对髋关节接触力的影响。方法 基于AnyBody软件建立THA骨肌多体动力学模型,参数研究股骨柄颈干角在±10°、偏心距在±20 mm... 目的 探讨全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)假体股骨柄颈干角、偏心距和前倾角等设计参数对髋关节接触力的影响。方法 基于AnyBody软件建立THA骨肌多体动力学模型,参数研究股骨柄颈干角在±10°、偏心距在±20 mm和前倾角在±10°内变化时单因素或多因素对髋关节接触力的影响规律。结果 偏心距减小20 mm,最大髋关节接触力增加26.08%。颈干角增加10°,最大髋关节接触力增加5.99%。前倾角增加10°,会减小步态周期0%~24%时髋关节接触力,峰值减小19.16%;但会显著增加步态周期38%~70%时髋关节接触力,峰值增加67.78%。结论 在进行股骨柄髓外个性化设计时,在重建患者解剖参数的基础上,可以适当增加股骨柄的偏置距离,减小颈干角和前倾角,以避免增加髋关节受力。 展开更多
关键词 全髋关节置换 柄髓外设计 骨肌多体动力学 髋关节接触力
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UKA假体后倾角安装位置对衬垫磨损的影响
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作者 党晓栋 熊守林 +5 位作者 屈亚飞 任佳轩 张静 张净宇 乔锋 陈瑱贤 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期236-242,共7页
目的研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响。方法联合UKA骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式UKA假体5种后倾角安装位置情况对术后膝... 目的研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响。方法联合UKA骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式UKA假体5种后倾角安装位置情况对术后膝关节力和运动、衬垫接触应力、线性磨损深度和体积磨损量的影响。结果后倾角0°时,衬垫的最大von Mises等效应力为24.84 MPa,接触应力为47.61 MPa,5百万次循环(million cycle,MC)周期的磨损量为47.29 mm3。随着UKA胫骨假体后倾角的增加,步态周期内旋和后移运动均增大,摆动相的内侧关节力增大,5 MC磨损周期后衬垫von Mises等效应力与接触应力显著减小,衬垫的磨损面积、最大线性磨损深度和体积磨损量随之减少。相对于后倾角0°,后倾角为3°、5°、7°时衬垫的线性磨损深度分别减小了17.8%、19.2%、20.6%;衬垫体积磨损量分别下降了24.5%、30.9%、34.3%。结论UKA假体考虑后倾角安装超过3°时会显著增加步态周期内旋运动和后移运动,减小聚乙烯衬垫关节面的磨损。 展开更多
关键词 单髁膝关节置换术 后倾角 骨肌多体动力学 接触力学 磨损预测
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INBONEⅡ和INFINITY型人工踝关节的生物力学特征分析 被引量:1
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作者 王闯 张小刚 +1 位作者 张延伟 靳忠民 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期873-880,共8页
目的评估人工踝关节INBONEⅡ和INFINITY全踝关节置换术(total ankle arthroplasty,TAA)后生物力学特征差异,为患者提供更加科学和个体化的治疗选择。方法基于骨肌(musculoskeletal,MSK)多体动力学(multibody dynamics,MBD)软件AnyBody,... 目的评估人工踝关节INBONEⅡ和INFINITY全踝关节置换术(total ankle arthroplasty,TAA)后生物力学特征差异,为患者提供更加科学和个体化的治疗选择。方法基于骨肌(musculoskeletal,MSK)多体动力学(multibody dynamics,MBD)软件AnyBody,建立患者个体化TAA下肢MSK MBD模型。预测踝关节接触力、踝关节运动和人工踝关节关节面接触特征。结果人工踝关节关节面几何形状对踝关节接触力没有显著影响,但会对活动度和关节面接触特征造成影响。相比于INBONEⅡ,INFINITY冠状面关节面弧高较低,内翻-外翻和外旋-内旋运动分别增加7.91%和2.61%;矢状面匹配度较低,后移-前移和下移-上移运动分别减小21.75%和21.23%,内移-外移运动增加49.26%;INFINITY匹配度较低,内侧、外侧和总关节面接触面积分别减少18.48%、30.42%和26.36%,但接触压力中心运动轨迹集中在距骨组件边缘内侧,避免边缘接触应力集中,降低关节脱位和胫骨衬垫过早磨损的风险。结论INFINITY型人工踝关节更小的几何限制,表现出更好的生物力学性能,更有利于恢复术后踝关节运动功能。 展开更多
关键词 人工踝关节 全踝关节置换 骨肌多体动力学 生物力学特征
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UKA关节线安装误差对膝关节接触力学和运动学影响 被引量:5
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作者 任佳轩 陈瑱贤 +3 位作者 张静 张烜 马张稳 靳忠民 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期290-296,共7页
目的针对单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)内侧假体松动和外侧关节软骨退化问题,通过骨肌多体动力学方法研究不同生理活动中UKA关节线安装误差对膝关节接触力学和运动学的影响。方法以内侧自然关节线为0 mm误差... 目的针对单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)内侧假体松动和外侧关节软骨退化问题,通过骨肌多体动力学方法研究不同生理活动中UKA关节线安装误差对膝关节接触力学和运动学的影响。方法以内侧自然关节线为0 mm误差,分别考虑±2 mm、±4 mm、±6 mm共6种关节线安装误差情况,建立7个内侧UKA置换的骨肌多体动力学模型,对比研究步行和下蹲运动中膝关节接触力学和运动学的变化。结果在步行步态周期70%时,相比于0 mm误差UKA假体关节线升高2 mm时内侧假体接触力增大127.3%,外侧软骨接触力减少12.0%;在UKA假体关节线降低4 mm时内侧假体接触力接近0 N,外侧软骨接触力增大10.1%;胫股关节总接触力在关节线升高和降低2 mm时分别增大19.7%和减小14.2%。在下蹲屈膝100°时,相比于0 mm误差膝关节内侧假体接触力和胫股骨关节总接触力在UKA假体关节线升高2 mm时分别增大31.6%和11.1%,在UKA假体关节线降低2 mm时分别减小24.5%和8.5%,而膝关节外侧软骨接触力变化不大。同时,在步行步态周期70%时,随UKA假体关节线升高,膝关节外翻运动增大、内旋运动增大、关节前移;随关节线的降低,而呈现相反趋势。下蹲运动中膝关节内外翻运动和前后平移运动与步行步态趋势一致,但内外旋运动则刚好相反。结论为了降低内侧假体失效风险和外侧软骨退化风险,建议医生控制UKA假体关节线误差在-2~2 mm范围内。研究结果为UKA假体关节线变化引起的临床失效问题提供理论依据。 展开更多
关键词 单髁膝关节置换 骨肌多体动力学 关节线 接触力学 关节运动
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人体足地接触模型的步速适用性 被引量:3
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作者 彭迎虎 陈瑱贤 +3 位作者 胡家渝 张志峰 靳忠民 尉萍萍 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期514-521,共8页
目的构建骨肌多体动力学足地接触模型,研究其适用速度范围。方法采集5名测试者的步态运动数据,以骨肌多体动力学仿真软件Any Body全身模型为基础,建立足地接触模型,分析慢走、正常行走、快走和慢跑不同步态速度下的地面反作用力(ground ... 目的构建骨肌多体动力学足地接触模型,研究其适用速度范围。方法采集5名测试者的步态运动数据,以骨肌多体动力学仿真软件Any Body全身模型为基础,建立足地接触模型,分析慢走、正常行走、快走和慢跑不同步态速度下的地面反作用力(ground reaction force,GRF)和地面反作用力矩(ground reaction moment,GRM),并与测力板实验测量值进行对比,分析模型预测精度,获得足地接触模型的适用范围。结果在慢走、正常走和快走(步速0.69~1.68 m/s)时,足地接触模型预测能力较高,GRF预测值与实验值相关性大于0.875,GRM预测值与实验值相关性大于0.9。结论所开发的足地接触模型同时计算GRF和GRM,可以消除步态分析中对测力板的依赖,能够应用于老年人及病理性步态等低速步态的运动学分析。 展开更多
关键词 足地接触模型 地面反作用力 地面反作用力矩 骨肌多体动力学 步态
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三维有限元建模分析在髋关节撞击综合征诊疗中的应用研究进展 被引量:11
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作者 刘镕阁 徐雁 《中国运动医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期317-321,共5页
髋关节撞击综合征被认为是导致髋关节早期骨关节炎的主要原因之一,是一种以解剖结构异常为基础、伴随生物力学异常的临床疾病。目前关于髋关节撞击综合征的诊断手段不断发展。三维有限元分析是基于"化整为零"思想的力学分析方... 髋关节撞击综合征被认为是导致髋关节早期骨关节炎的主要原因之一,是一种以解剖结构异常为基础、伴随生物力学异常的临床疾病。目前关于髋关节撞击综合征的诊断手段不断发展。三维有限元分析是基于"化整为零"思想的力学分析方法,在分析物质力学特性和材料形变方面有着独特的优势。目前,有限元分析在髋关节撞击综合征诊疗中的应用不断扩展。本文就有限元分析在髋关节撞击综合征诊疗中的应用现状进行初步归纳,并对三维有限元的技术进展、适用范围进行归纳分析。 展开更多
关键词 有限元分析 髋关节撞击综合征 骨肌多体动力学 生物力学
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