Development of dynamic analysis approach for mechano-electrochemical behavior of articular cartilage under mechanical environment in human body

人体机械环境下关节软骨机械电化学行为动态分析方法的发展

• 批准号: 23560087
• 负责人: CHEN Xian
• 金额: $ 3.41万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23560087/
• 关键词: 関節軟骨; 力学電気化学連成; 有限要素解析; 生体力学シミュレーション; 軟骨; 生体力学; 関節; 有限要素法; 接触

The purpose of this work was to develop the dynamic analysis approach for mechano-electrochemical behavior of articular cartilage under mechanical environment in human body. First, the finite element model of knee joint was constructed and contact analysis algorithm was improved. Based on the measured data of walking and ground reaction force, the muscle forces in the joint were estimated and thus provided reasonable load conditions for knee finite element analysis. Furthermore, the mechano-electrochemical analysis was carried out by taking the inhomogeneity and anisotropy of the articular cartilage in to account. The influence of the anisotropy of cartilage on the distributions of stress, strain, flow of interstitial fluid and ion flow was confirmed. The dependence of cartilage degeneration on the changes of the material properties was examined.

本文旨在建立人体关节软骨在力学环境下的力学-电化学行为的动态分析方法。首先，建立了膝关节的有限元模型，改进了接触分析算法。基于步行和地面反力的测量数据，估计了关节内的肌肉力，从而为膝关节有限元分析提供了合理的载荷条件。此外，考虑到关节软骨的不均匀性和各向异性，进行了机械电化学分析。证实了软骨各向异性对应力、应变、间质液流动和离子流分布的影响。研究了软骨退变对材料性能变化的依赖性。

项目成果

逆動力学解析と有限要素解析を併用した膝関節の生体力学解析

使用逆动力学分析和有限元分析对膝关节进行生物力学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 荒居善雄;荒木稚子;藤縄真太郎,岡敬之,陳献,大木順司
• 通讯作者: 藤縄真太郎,岡敬之,陳献,大木順司

Numerical Investigation of Mechano -Electrochemical Behaviors of Articular Cartilage under Dynamic Contact Loading

动态接触载荷下关节软骨力电化学行为的数值研究

• 发表时间: 2013
• 作者: X.Chen;H.Oka;J. Ohgi
• 通讯作者: J. Ohgi

Simulation of Electrochemical and Mechanical Changes in Articular Cartilage Layers under Sliding Contact

滑动接触下关节软骨层电化学和机械变化的模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: X. Chen;H. Oka;J. Ohgi
• 通讯作者: J. Ohgi

筋骨格系動作解析と有限要素解析を併用した膝関節の生体力学解析

结合肌肉骨骼系统运动分析和有限元分析对膝关节进行生物力学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 荒居善雄;荒木稚子;藤縄真太郎,岡敬之,陳献,大木順司;荒居善雄,荒木稚子;モハマドアイマドゥディンアティックビンカミサン,陳献,大木順司
• 通讯作者: モハマドアイマドゥディンアティックビンカミサン,陳献,大木順司

関節軟骨力学・電気化学的挙動に及ぼす材料特性の異方性と不均一性の影響に関する検討

材料性能的各向异性和异质性对关节软骨力学和电化学行为的影响研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 荒居善雄;荒木稚子;藤縄真太郎,岡敬之,陳献,大木順司;荒居善雄,荒木稚子;モハマドアイマドゥディンアティックビンカミサン,陳献,大木順司;石川晴樹,陳献,大木順司
• 通讯作者: 石川晴樹,陳献,大木順司