《表1 有限元在髌腱炎损伤机制、治疗方法、可穿戴设备及肌内效贴设计研究中的应用》

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《有限元法分析髌腱炎状态时的生物力学变化》

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有限元法是将研究对象连续型区域离散为一组有限个且按照一定方式相互连接在一起的单元结合体[10]。因为不同形状的单元可以按照不同的联结方式进行组合，有限元素是那些可以模拟为不同几何形状的求解小区域，主要是对有限元素进行力学分析，最后汇合到整体分析，这种化简为繁、集繁为整的方法是其基本思想。有限元法起初是应用于飞机等交通工业结构的力学特性分析，随着其应用越来越广泛，有限元法被应用在骨骼的建模、动静态的生物力学研究，逐渐发展为对肌肉、韧带等软组织的建模，对外形和材料的赋予上都有一套相对自动化的处理，通过CT和MRI影像辅助在计算机中建立虚拟的、具有几何约束、固定载荷、弹性模量的“仿真标本”，模拟疲劳程度、牵拉应力等实验条件，忽略人为因素的影响，准确度高。利用有限元软件对验证过的模型进行分析，经过前处理模块、分析计算模块和后处理模块3大计算机程序模拟膝部生物力学作用机制。研究者主要利用后处理模块求出相关力学特性，如应力、应变和位移等。膝部生物力学研究一直受到医用生物力学及临床康复工程专家的关注，虽然目前已经取得了不少研究成果，从最初仅能模拟简单的髌骨静态分析发展到含髌韧带、脂肪垫等所有膝关节骨骼在内的更为完整的三维髌腱结构模型，髌腱炎的生物力学损伤机制取得了一些进展，利用数字化的计算机技术对膝部复杂材料的内部结构进行模型重建，为髌腱炎生物力学研究提供理论支持，见表1。应用有限元法对髌腱生物力学的损伤机制、治疗手段、运动处方干预、康复器械的研发进一步研究，对可穿戴设备及肌内效贴设计研究进行应用，旨在为有限元法对髌腱炎研究的应用提供指导性的理论基础，并为髌腱炎的预防和康复干预提供新的临床思路。