复合载荷条件下运动膝关节软骨的数值分析

• 作者: 张春秋 李进军 门玉涛
• 来源期刊: 中国组织工程研究
• 学科: 医学
• 关键词: 关节软骨 软骨组织工程 复合载荷 数值分析 股胫关节 膝关节运动复合载荷
• 年，卷（期）: 2019,（8）
• 所属期刊栏目: 骨与关节生物力学
• 页码范围: 1208-1213
• 页数: 6页
• 分类号: R446
• 字数: 5300字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0396

摘要

背景:有报道通过建立软骨两相模型,数值模拟循环压缩载荷下固体基质的应变,在细胞水平上研究了机械刺激对关节炎的影响.但考虑软骨实际运动所受到变化的载荷和运动角度方面的研究较少.目的:揭示膝关节软骨的压缩、滚动、滑动或旋转以及复合载荷下的力学状态.方法:建立考虑钙化层、软骨下骨作用的关节软骨模型,使模型更接近完整的软骨天然生理结构.膝关节运动为胫骨平台与股骨远端的相对运动,简化为一刚化球体作用在平面软骨的几何模型.考虑屈伸、内/外翻及内/外旋转等运动特性,建立人行走时膝关节可实现复合载荷的三维有限元模型.研究膝关节软骨的压缩、滚动、滑动或旋转及复合载荷下的数值分析.结果与结论:①模拟步态过程中,关节软骨所受的最大应力区域分布在软骨下骨;②随着压缩过程的进行,Mises应力、应变与孔隙压力随压缩量的增大而增大,且增幅呈非线性减小的趋势;③结果发现,滚压载荷与总的复合载荷最为接近,可为组织工程体外功能化培养实验和方案的设计提供数据参考.