基于轴向功能梯度模型的人体胫骨运动力学特性分析

为了研究人体胫骨运动状态时力学特性,采集健康志愿者下肢精细计算机断层扫描图(computed tomography,CT)数据,利用MIMICS构建人体胫骨轴向功能梯度精确三维模型,在ANSYS Workbench中仿真分析人体胫骨运动状态下的应力分布与位移变形情况,模拟正常位姿屈曲状态与动态膝外翻屈曲状态人体胫骨的应力与变形,研究结果表明:①正常位姿组应力集中现象主要发生在胫骨中下段的正面,而动态膝外翻组的应力集中现象主要发生在胫骨中段内侧;②在4种屈曲角度下动态膝外翻组最大等效应力比正常位姿组分别增加了38.8％、39.65％、34.95％、27.52％;③对于胫骨平台而言,两组仿真研究的最大等效应力相差不大,但是正常位姿组等效应力为胫骨内侧大于胫骨外侧,而动态膝外翻组为胫骨外侧大于胫骨内侧.因此相较于正常位姿,动态膝外翻屈曲时,胫骨的应力分布情况发生改变,最大等效应力显著增加,胫骨骨干中段以及胫骨平台外侧为易损区域,日常生活及体育运动时应避免出现动态膝外翻位姿.