基于有限元模型的膝盖护具对膝关节着陆冲击内部组织机械反应的影响

《Bioengineering》：Effects of Flexible and Semirigid Knee Braces on Meniscal and Ligament Loading During Landing Impact

　　

摘要

膝盖护具被广泛用于在着陆时保护膝盖免受伤害，但它们对膝关节内部组织机械反应的影响仍不明确。在这项研究中，使用已建立的人体有限元模型开发了包含柔性及半刚性膝盖护具的着陆冲击模型。模型评估基于志愿者提供的地面反作用力数据和下肢运动学数据。随后考察了护具类型和着陆速度对下肢关节运动以及半月板和主要膝关节韧带机械反应的影响。膝盖护具对地面反作用力的峰值影响有限，主要改变了关节运动和卸载阶段的内部组织反应。两种类型的护具都减少了卸载阶段的半月板压缩应力以及内侧副韧带的最大拉伸应变，对其他膝关节韧带的最大应变影响相对较小。随着着陆速度的增加，初始冲击载荷对内侧半月板压缩应力和前交叉韧带的最大拉伸应变的影响更大，这限制了护具对这些峰值的有效缓解作用。因此，膝盖护具的生物力学效果取决于载荷阶段、着陆速度和组织类型。