《表1 膝关节三维有限元模型中典型节点归类》

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《腓骨高位截骨对膝关节应力改变的三维有限元分析》

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膝关节有限元分析结果的精确性取决于有限元模型对膝关节真实解剖结构的还原程度和对组织结构本构关系恰当的数学定义，有限元着重强调对膝关节结构本构的数学定义[3]。对膝关节有限元模型的边界条件、组织材料弹性性能、载荷设置、模拟腓骨高位截骨术、计算分析均在Super-Sap 93软件中进行。（1）建立边界条件。根据人体体重由上向下传导，而位于下端的胫腓骨处于相对不动的特点，设定模型最下端一层各节点为固定，即在三维空间模型中X、Y、Z方向均受限，移动度为0。（2）组织材料弹性性能。采用LS-DY-NA材料库中弹性及弹塑性材料，将上述模型中涉及的各种组织材料均化为同性的均质线弹性材料，有关材料的参数主要从文献[4-6]中获得，有限元计算中各种材料的剪切模量按公式G=E/2（1-2μ）计算。（3）载荷设置。取双足站立位，双膝关节承受膝以上躯干及部分四肢重量，约为总体重的85.6%，假设总体重（G）为650 N，单膝承重（G0）为278.2 N；加载方向平行于下肢机械轴，根据圣维南原理[7]，作用于一点上的力可以均散成较小的力作用于较多的点，但其从整体上产生的力学效果是相同的，因此在三维空间有限元模型中作用力分散于第23层（最上层）1 207~1 234共28节点上，每点上作用力为9.96 N（G0/28）。（4）模拟腓骨高位截骨术。于腓骨头下8 cm处截除约2 cm长腓骨段，即在三维空间模型中去除该部分单元，并解除腓骨远端束缚（图1）。（5）计算分析。在三维有限元模型中重点研究半月板层面及胫骨平台层面典型区域的应力应变情况（图2、3），即代表内外侧半月板、内外侧胫骨平台前、中、后区域的节点（表1），计算分析腓骨高位截骨手术前后膝关节内典型节点的冯米斯应力（MS）。