踝关节接触力学与下肢骨肌生物力学耦合模拟研究

目的关节接触力学的计算模拟有助于提高对踝关节病理的认识。然而,目前的骨肌模型大多是基于多刚体动力学,没有考虑肌肉力导致关节的变形和运动,进而改变肌肉的力臂和地面反作用力,影响肌肉力和接触力的预测。本研究的目的是开发和验证一个踝关节接触力学与下肢骨肌生物力学耦合模型,该模型包含软骨柔性接触。方法建立了一个包括下肢骨骼、软骨、肌肉和韧带的有限元骨肌模型。将踝关节的柔性接触模型分别耦合和非耦合到下肢肌肉骨骼模型中。以步态时的关节角度和地面反作用力作为输入。直接对有限元肌肉骨骼模型进行肌肉力冗余优化,以同时求解踝关节的肌肉力、接触力和接触应力。结果模型预测的踝关节肌肉力和接触力的大小与趋势和文献一致,并且踝关节的运动学和变形对踝关节的肌肉力、接触力和接触应力的影响不显著。结论本文开发了一个踝关节接触力学与下肢骨肌生物力学耦合模型,考虑了关节变形和运动对肌肉力和接触力影响,本研究为未来踝关节模型所需的复杂程度提供了指导,并可用于评估干预后的肌肉骨骼系统的生物力学变化。