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足踝冲击损伤的有限元分析

时间:2023-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:着陆动作中,最容易损伤的部位在足踝,高能量的冲击特别容易导致踝关节和跟骨发生骨折。对着陆冲击伤的机理进行了解,有利于其损伤预防和临床干预治疗。国外有很多学者通过尸体实验,研究了足踝承受轴向冲击的耐限值。他们使用不同冲击速度和不同力量,对特定姿势下的足踝标本进行冲击测试,并评估标本破坏程度,发现跟骨骨折是最常见的损伤,其次是距骨和踝关节骨折,这与流行病学调查中的发现基本上是一致的。

着陆动作中,最容易损伤的部位在足踝,高能量的冲击特别容易导致踝关节和跟骨发生骨折。其中,约有1/3的足部冲击伤害涉及跟骨。另外一个重要部位就是距骨,距骨和跟骨起到承重方面的重要和不可或缺的作用,提供其他关键韧带结构的锚定,并整合为距下关节。对着陆冲击伤的机理进行了解,有利于其损伤预防和临床干预治疗。

由于踝关节和后足处于人体下肢力线的承载位置,轴向压缩载荷对于后足骨折起到了关键作用。国外有很多学者通过尸体实验,研究了足踝承受轴向冲击的耐限值。他们使用不同冲击速度和不同力量,对特定姿势下的足踝标本进行冲击测试,并评估标本破坏程度,发现跟骨骨折是最常见的损伤,其次是距骨和踝关节骨折,这与流行病学调查中的发现基本上是一致的。在实验中也发现,3.7~8.3k N的冲击力即可引起踝关节和后足骨折。

但是,实验研究只能给出一个相对模糊的区间,并不能突破各种实验条件的限制,对组织内部的应力应变进行精确测量,从而影响了对损伤机理的认识。而有限元模型则可以通过设置明确的加载和边界条件,评估足踝在冲击载荷条件下的力学响应,从而给出更多有价值的信息。本部分将简要介绍香港理工大学和同济大学合作的一项工作,研究冲击速度对跟骨和距骨骨折风险的力学影响[33]

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