前十字韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)是膝關節的四條主要韌帶之一，其功能是與膝關節內部及周圍的其他解剖結構共同維持膝關節的靜態和動態平衡。

記得去年六月，NBA總決賽第六場，勇士主場110-114不敵猛龍，大比分2-4落敗，當家球星克萊-湯普森在比賽中左膝韌帶受傷。賽后，體檢結果表明湯神遭遇左膝十字韌帶（ACL）撕裂。

克萊-湯普森落地時大腿向內轉，小腿向外轉，呈現膝蓋外翻的角度，重心會偏向內側，造成了前十字韌帶的撕裂。

和其他韌帶不同，前十字韌帶一旦斷了，是不會自己修復的。對于湯神這樣的大牌球星，重建手術的效果關系著競技狀態的恢復和運動生命的延續。

如今，FEA（finite element analysis有限元分析）技術被廣泛的應用于生物醫學，為這個領域帶來了全新的機遇。我們可以利用ABAQUS三維數值仿真技術結合醫學影像和實驗數據幫助醫生加深對ACL重建機制的認識，從而制定最佳的治療和恢復方案。

幾何重構與建立有限元模型：在生物醫學領域，可以通過切片磨片法、CT掃描法、3D激光掃描法等獲得人體組織結構的幾何信息。需要注意的是，對于ACL這樣具有復雜幾何特征的結構，通過掃描獲取的往往僅是研究對象的表面信息，而有限元分析需要提供3D實體模型，這就需要我們引進RE（Reverse Engineering逆向工程）技術（如CATIA中逆向建模模塊）或醫學影像軟件（如Mimisc）與ABAQUS一起來完成有限元模型的創建。

分析參數獲取：醫學實驗可以幫助我們獲取有效的仿真分析輸入參數，如圖：

▲ 骨質壓縮實驗

▲ 肌腱拉伸實驗曲線

ACL重建應用實例：界面螺釘植入仿真及固定強度評估
建模要點：
· 建立脛骨模型；
· 孔：直徑9毫米，深30毫米；螺釘：直徑10毫米，長度30毫米；
· 采用C3D4單元，由Abaqus創建接觸屬性和接觸對；
· 載荷：螺釘作用力為200 N；

· 推進：1.5 mm/s，旋轉1.0圈/s；

仿真結果：

Abaqus模擬了在植入過程中孔的擴張及孔內材料失效過程，同時，通過后處理，得到了韌帶、骨骼的應力和變形，輸出了組織結構的響應曲線，較好的反映了真實情況。

此外，我們還可以進行固定強度的評估， 將仿真計算結果與單周期拉出測試實驗結果進行對比，實驗和仿真也有著較高的一致性。

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