步态周期下髋臼生物力学特征

目的 研究正常步态周期下髋臼周围区域应力分布规律,并进一步探究髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄形态分布。方法 通过人体逆向动力学分析获取人体步态周期8个典型阶段的肌肉及髋关节载荷,应用三维重建技术构建髋关节三维模型,以所得载荷作为加载边界条件进行有限元分析及拓扑优化。结果 步态周期支撑相下髋关节载荷较大,中柱应变能占总应变能55%~69%,髋臼顶部应力较大;摆动相下髋关节载荷减小,中柱应变能所占百分比减小。髋关节不同的运动角度影响肌肉力,进而影响髋关节上应力分布规律。所获得髋臼各柱的生物力线分布与解剖学所提出的生物力线及骨小梁排布基本吻合,与拓扑优化结果中骨皮质较厚区域相对应。结论 通过数值模拟方法可以确定髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄形态分布,为骨折治疗内固定装置的合理放置提供理论指导。