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使用三维踝关节有限元模型研究三角韧带损伤对踝关节旋转不稳定性的影响 被引量:2
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作者 李元栋 郑诚功 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期319-319,共1页
目的研究三角韧带(DL)损伤对踝关节生物力学功能的影响。方法基于一名成年女性的MRI扫描,开发了一个包含详细韧带的全面踝关节有限元模型。在踝关节模型中模拟了一系列韧带损伤情景,然后该模型承受了300 N的静态站立负荷和1.5 Nm的内外... 目的研究三角韧带(DL)损伤对踝关节生物力学功能的影响。方法基于一名成年女性的MRI扫描,开发了一个包含详细韧带的全面踝关节有限元模型。在踝关节模型中模拟了一系列韧带损伤情景,然后该模型承受了300 N的静态站立负荷和1.5 Nm的内外旋转扭矩。分析重点比较了胫骨和距骨关节软骨中von Mises应力的分布和峰值,以及距骨旋转角度和距胫关节的接触面积。结果有限元踝关节模型中韧带的尺寸和插入点位置采用了以前解剖学研究的数据。在有限元模型中的前抽屉距离与解剖范围内的差异在6.5%以内,距骨倾斜角度与解剖结果的差异在3%以内。在静态站立时,距腓前韧带(ATFL)和胫距前韧带(ATTL)的联合断裂在距骨软骨上产生了新的应力集中,显著增加了关节接触面积和软骨上的应力。在外旋静态站立时,前距腓韧带和前胫距韧带断裂使踝关节的旋转角度与完整关节相比增加了21.8%。相比之下,内旋静态站立导致应力类似增加,并使距骨旋转角度增加了近2.5倍。结论三角韧带损伤改变了胫距关节的应力分布,并在受到旋转扭矩时增加了距骨旋转角度,这可能增加旋转性踝不稳定性(RAI)的风险。在治疗RAI时,不仅要处理多带DL损伤,还要处理单带深层DL损伤,特别是影响ATTL的损伤。 展开更多
关键词 三角韧带损伤 胫距关节 距腓前韧带 MRI扫描 距骨 韧带断裂 踝关节 旋转角度
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猪腰椎间盘-椎体前环与后环连接处微观结构与力学性质对比研究
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作者 张强 郑诚功 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期331-331,共1页
目的研究椎间盘-椎骨界面不同部位的微观结构与力学性质的差异。方法对9例猪腰椎运动节段进行处理,从正中矢状位使用精密带锯切割猪腰椎单位得到9例椎骨-前侧腰椎间盘-椎骨立方体与9例椎骨-后侧腰椎间盘-椎骨立方体,横截面分别为12 mm&#... 目的研究椎间盘-椎骨界面不同部位的微观结构与力学性质的差异。方法对9例猪腰椎运动节段进行处理,从正中矢状位使用精密带锯切割猪腰椎单位得到9例椎骨-前侧腰椎间盘-椎骨立方体与9例椎骨-后侧腰椎间盘-椎骨立方体,横截面分别为12 mm×5 mm与8 mm×5 mm。对其中3例后环和3例前环样品在PTA/PBS溶液染色前后进行拉伸力学测试,拉伸速度为0.01 mm/s,最大负载为50 N,通过X射线显微镜(XRM)对其余样品扫描成像。结果染色前纤维环刚度为85 N/mm,染色后纤维环刚度为89.65 N/mm,PTA/PBS溶液染色后腰椎纤维组织的刚度无显著变化。纤维环后环刚度高于纤维前环的刚度约4.9倍。XRM图像结果显示,后侧纤维环存在中立位区域,即腰椎纤维与中轴线角度接近0°的区域,纤维后环内侧纤维与中轴线角度范围为70°~20°,由内侧到外侧角度逐渐减小,外侧纤维与中轴线角度范围为15°~30°,角度向外侧逐渐变大。纤维环纤维由软骨终板延伸至椎骨终板,腰椎纤维进入软骨终板连接跨度300~400μm界面区域分解成更细的界面纤维。结论使用PTA/PBS溶液作为造影剂可以增强XRM对腰椎软组织的成像强度,同时保留腰椎纤维环的生物力学性能。腰椎前环和后环的微观结构存在差异,力学性质不同,纤维插入软骨终板的角度不同。 展开更多
关键词 软骨终板 中立位 腰椎间盘 环刚度 最大负载 纤维组织 拉伸速度 造影剂
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灌注式生物反应器中大段多孔磷酸三钙载体内流场分布的模拟研究 被引量:4
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作者 孙晓江 戴尅戎 +3 位作者 汤亭亭 谢幼专 江兴贤 卢建熙 《医用生物力学》 CAS CSCD 2009年第1期21-27,33,共8页
目的对灌注式生物反应器中大段多孔磷酸三钙载体内流场分布进行模拟研究。方法使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对我们自行设计的灌注式生物反应器中大段多孔β-TCP载体内流场分布情况进行了模拟研究,并对不... 目的对灌注式生物反应器中大段多孔磷酸三钙载体内流场分布进行模拟研究。方法使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对我们自行设计的灌注式生物反应器中大段多孔β-TCP载体内流场分布情况进行了模拟研究,并对不同灌注速度条件下载体材料内的流体剪切应力进行了计算。结果利用CFD方法可以很好的模拟三维载体材料内的流场分布,并可以对载体材料内部的流体剪切应力进行计算。在我们的灌注反应体系中,3ml/min,6ml/min及9ml/min灌注速度条件下载体内主要区域的流速值分别为(0.227±0.062)mm/s、(0.459±0.125)mm/s以及(0.701±0.193)mm/s,而相应的流体剪切应力值分别为5.2±1.5mPa、10.6±3mPa以及16.2±4.6Pa。结论利用计算流体动力学(CFD)这一计算模型可以进行不同灌注系统之间结果的比较及不同显微结构载体之间结果的比较。并且可以根据细胞实验结果选择适于细胞分布增殖或者分化的流体剪切应力值,进而为组织工程中生物反应器的流速选择以及载体材料结构的加工提供依据。 展开更多
关键词 计算流体动力学 生物反应器 流体剪切应力 多孔载体
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灌注式生物反应器中流体剪切力对大段组织工程化骨构建的作用 被引量:5
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作者 李德强 杨爱玲 +3 位作者 汤亭亭 卢建熙 郭雪岩 戴魁戎 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第1期8-14,20,共8页
目的结合流体力学模型研究灌注式生物反应器中大段组织工程化骨的构建与多孔支架内流体剪切力的关系。方法利用灌注式生物反应器对复合骨髓基质干细胞的多孔磷酸三钙支架进行灌注培养。培养基的黏度分别为1.12mPa.s,2.23mPa.s及3.35mPa.... 目的结合流体力学模型研究灌注式生物反应器中大段组织工程化骨的构建与多孔支架内流体剪切力的关系。方法利用灌注式生物反应器对复合骨髓基质干细胞的多孔磷酸三钙支架进行灌注培养。培养基的黏度分别为1.12mPa.s,2.23mPa.s及3.35mPa.s。通过细胞增殖、成骨分化及组织形态学评价组织工程化骨的构建,建立流体力学模型,求解支架内的流体剪切力。结果培养基黏度2.23mPa.s组,细胞增殖高于其他组。培养基黏度2.23mPa.s及3.35mPa.s组第28d的碱性磷酸酶活性及第7d后的骨钙素分泌高于1.12mPa.s组。培养基黏度越高,骨桥蛋白的分泌高峰出现越早。28d后,黏度3.35mPa.s组的钙化基质最多。流体力学模型分析,培养基黏度1.12mPa.s,2.23mPa.s及3.35mPa.s组中,支架内的平均流体剪切力分别为5mPa,11mPa和15mPa。结论在利用复合人骨髓基质干细胞的多孔磷酸三钙构建大段组织工程化骨的过程中,15mPa的流体剪切力最有利于组织工程化骨的构建。 展开更多
关键词 生物反应器 骨组织工程 流体剪切力 计算流体动力学 骨髓基质于细胞
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