不同年龄阶段膝关节有限元计算模型的材料特性分析

更新时间：2025-01-18 15:22  浏览量：26

文题释义：

弹性模量：是材料的一种力学性质，描述材料受到应力时的弹性变形程度。弹性模量越大，说明材料的弹性越好，即在受到应力后能够迅速恢复原状。在中年到老年阶段，膝关节中股骨、胫骨、腓骨、髌骨的弹性模量会随着年龄的增加而降低，进而回归到儿童时期的弹性模量。

泊松比：是材料的另一种力学性质，描述了材料在受到应力时沿着一个方向的收缩程度与沿着垂直方向的膨胀程度之比。

背景：有限元计算模型作为一种重要的工程分析技术已被广泛应用于生物工程研究的各个领域，然而，很少有文献介绍不同年龄阶段膝关节有限元计算模型每个解剖结构的材料性能，以满足不同的研究目的。

目的：在前人膝关节有限元研究的基础上，总结不同年龄阶段膝关节有限元计算模型的材料特性。

方法：英文检索词为“Knee，finite element，material selection，ligament injury，osteoarthritis，elderly，children，young people”等，中文检索词为“膝关节，有限元，材料选择，韧带损伤，骨关节炎，老年人，儿童，年轻人”等，分别检索中国知网、PubMed数据库，文献检索时限为1950-2024年，就纳入与排除标准，最终纳入108篇文献进行归纳总结。

结果与结论：儿童膝关节骨密度会随着年龄的增长而增加，在成年后达到峰值。中年到老年阶段，膝关节股骨、胫骨、腓骨、髌骨的弹性模量会随着年龄的增加而降低，进而回归到儿童时期的弹性模量。儿童与成年人软骨的弹性模量基本一致，而老年人的软骨弹性模量增大。随着年龄的增长，膝关节韧带的弹性模量会出现一定程度降低，但年轻人与老年人膝关节韧带的弹性模量无显著差异。随着年龄的增长，膝关节半月板机械完整性的丧失会损害组织的生物力学功能，扰乱组织有效承载和传递的各向异性生物力学响应。膝关节有限元建模可以深入了解膝关节的生物力学特性，开发新的植入材料、预测膝关节疾病、改进手术技术，并指导患者康复锻炼。

https://orcid.org/0009-0007-8015-6783 (陈静)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

关键词: 膝关节, 有限元计算模型, 材料特性, 不同年龄段, 弹性模量, 工程化材料

引用本文：陈 静, 张 楠, 孟庆华, 鲍春雨. 不同年龄阶段膝关节有限元计算模型的材料特性分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(34): 7369-7375.