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跳伞着陆过程中膝关节损伤的有限元研究
  • ISSN号:1004-7220
  • 期刊名称:《医用生物力学》
  • 时间:0
  • 分类:R318.01[医药卫生—生物医学工程;医药卫生—基础医学] R857[医药卫生—航空、航天与航海医学;医药卫生—临床医学]
  • 作者机构:[1]北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室,北京100191, [2]北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室,北京100191
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(10925208); 国家重点实验室开放基金; 中央高校基本科研业务费专项
中文摘要:

目的利用膝关节有限元模型和模拟跳伞着陆实验数据,对半蹲式跳伞着陆过程进行数值模拟,并分析膝关节损伤的机理。方法对16名健康志愿者进行半蹲式模拟跳伞实验,跳落高度分别为0.32m,0.52m和0.72m。基于核磁共振成像建立人体膝关节的三维有限元模型,采用实验测得的膝关节运动学和地面反力数据对跳伞着陆过程进行数值模拟。结果关节内组织的应力水平随着跳落高度的增加而增加,外侧半月板和关节软骨承受了较大的载荷,前交叉韧带和内侧副韧带在屈膝角度达到最大时产生明显的应力集中。结论跳伞着陆的高速冲击是造成关节损伤的直接原因,外侧关节软骨和半月板更易受到损伤,前交叉韧带和内侧副韧带较易在屈膝幅度最大时发生撕裂。

英文摘要:

Objective To numerically simulate the half-squat parachute landing and analyze the mechanism of knee injuries with the finite element method based on the data of the simulated parachute landing experiment. Method The half-squat parachuting experiment was performed by 16 healthy volunteers. The heights of simulated landing were 0. 32 m,0. 52 m and 0. 72 m respectively. A three-dimensional finite element model of human knee joint was developed based on magnetic resonance images. The kinematical data of the knee and the data of the reaction force obtained by experiments were used to make a numerical simulation of the parachute landing process. Results The stress level of the knee increased with the increase of the height. The lateral meniscus and cartilage suffered greater loads than the medial ones. Obvious stress concentrations occurred in the anterior cruciate ligament and the medial collateral ligament when the knee flexion degree reached the peak value. Conclusions The severe impact in parachute landing is the direct cause of injuries in parachute landing. The lateral cartilage and meniscus are more likely to be injured,and the anterior cruciate ligament and the medial collateral ligament are easier to tear when the knee flexion degree reaches the peak value.

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期刊信息
  • 《医用生物力学》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:教育部
  • 主办单位:上海交通大学
  • 主编:戴尅戎
  • 地址:上海市制造局路639号
  • 邮编:200011
  • 邮箱:shengwulixue@163.com
  • 电话:021-53315397
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-7220
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1624/R
  • 邮发代号:4-633
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:4565