人体膝关节接触磨损损伤机制与生物力学模拟及控制的研究

本项目研究采用膝关节磁共振图像，建立包括关节软骨、半月板、韧带等整体结构，并考虑材料的非线性和股胫关节、髌股关节接触特征的膝关节三维有限元模型的方法。针对膝关节多体复杂曲面弹性非线性接触、材料及变形非线性等问题，利用有限元方法，研究膝关节受到复杂载荷作用时的生物力学行为。将损伤力学的研究方法引入膝关节生物力学分析中，建立考虑损伤和变形情况下膝关节部件有效应力控制方程。研究膝关节关键部件存在如韧带松弛或断裂，软骨磨损或局部缺失以及半月板磨损、微裂纹或部分缺失等损伤的描述方法，进而探讨膝关节生物力学特性与关节损伤间的关系,揭示膝关节退化和损伤机理以控制关节磨损损伤。将研究成果用于模拟临床治疗膝关节内翻、外翻的胫骨高位截骨术，分析、量化截骨手术中调整量，改变关节接触特性，为确定个性化手术方案提供参考。本立项既是生物力学研究的前沿和热点，又面向临床应用，有重要的学术价值和应用前景。