韌帶
關注創建者：鈦聞軟件 創建時間：2021-01-25
韌帶的實例教程
韌帶撕裂在運動中十分常見但卻難以治療。目前的標準是用肌腱取代韌帶撕裂，但這可能會導致其他一系列的問題。新墨西哥大學的科學家Christina Salas博士說：“隨著時間的推移，肌腱會開始伸展，并在關節中變得松弛，然后（肌腱）會再次變得不足。”
Salas博士目前在新墨西哥大學通過學生和教授的幫助下致力于創造3D打印韌帶，并開發了一種涉及靜電紡絲的特殊技術，它使用電力來制造纖維。
“我們在生物3D打印機中添加的近場靜電紡絲技術實際上產生了高度對齊的纖維，可以復制韌帶組織。”Salas博士說。
醫生可以對患者受損的關節進行CT或MRI掃描，并使用3D打印創建出精確的韌帶。這種合成的3D打印韌帶不會磨損或削弱，適用于微創手術。但是Salas博士及其同事目前面臨的最大挑戰是如何將3D打印韌帶連接到骨骼上。
3D打印正在改變醫生和科學家對普通傷害的治療方式，例如韌帶撕裂。最近，昆士蘭州的研究人員了一種3D打印關節軟骨的新方法，這可以大大縮短關節炎和關節損傷手術后的恢復時間——這只是世界范圍內涉及使用3D打印進行研究的一個例子。
Salas博士的研究不僅僅只是人造韌帶，還涉及使用患者自己的干細胞3D打印新組織。當提到生物3D打印時，許多人會自動直接談論3D打印器官，但生物3D打印在其他領域已經取得了重大進展，例如退行性疾病的治療和常見的傷害。
當3D打印的器官最終被實現時，它們將有可能使人們比以前更長壽。
展開 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。
展開 2018年10月12日，猶他大學生物醫學工程師團隊開發了一種3D打印細胞的方法，使用改良的3D打印機和從脂肪組織中收集的干細胞，生成人體組織，如韌帶和肌腱。
根據該團隊發布在《Journal of Tissue Engineering》上的文章，肌腱受損，韌帶或椎間盤破裂的人，可能只需要打印出新的替代組織并最終植入受損區域。
目前，患者的替代組織可以從患者身體的另一部分或有時從尸體中獲取，但是它們可能質量差。這種3D打印技術可以解決這些問題。
猶他大學生物醫學工程助理教授Robby Bowles說“它將允許患者在沒有額外手術的情況下接受替代組織，而無需從其他部位收集組織，這些組織有其自身的問題來源，”，他與生物醫學工程碩士生David Ede共同撰寫了該論文。
經過兩年研究的3D打印方法涉及從患者的脂肪組織中取出干細胞并將其打印在水凝膠表面上，形成肌腱或韌帶，然后在植入之前在體外培養。
但這是一個極其復雜的過程，因為這種結締組織由復雜模式的不同細胞組成。例如，構成肌腱或韌帶的細胞必須逐漸轉移到骨細胞，以便組織可以附著在骨骼上。
Bowles和他的團隊與位于鹽湖城的Carterra合作，該公司生產用于醫藥的微流體裝置，為3D打印機開發一種特殊的打印頭，可以按照他們需要的控制方式鋪設人體細胞。如下面的視頻所示，細胞穿過打印機中的微流體通道并停留在水凝膠表面上。
“這是一種以非常可控的方式創建一種模式和細胞組織的技術，而這種技術是您無法使用以前的技術創建的，”Bowles談到了打印過程。 “它允許我們非常具體地將細胞放在我們想要的地方。”
為了證明這一概念，該團隊打印出了一種熒光色的基因改造細胞，以便他們可以查看它們的打印方式。
展開 計算模型中包括骨質結構17864個單元、軟骨88691個單元、半月板4485個單元及韌帶34033個單元，得到包括股骨、脛骨、腓骨、髕骨、軟骨、半月板以及關節韌帶的全膝關節有限元模型。
表1：膝關節有限元模型中各組成部分單元類型及材料參數
有限元模型與邊界條件
全膝關節模型中股骨與股骨軟骨、脛骨與脛骨軟骨定義為綁定接觸。股骨軟骨分別于脛骨軟骨和半月板相接觸，并且將半月板前腳和后腳固定于脛骨平臺。根據膝關節解剖結構，將韌帶與相應的韌帶附著點進行綁定約束，韌帶包括前（后）交叉韌帶、髕韌帶、內側副韌帶、外側副韌帶。腳踝處采取固定約束，其他位置均不采取任何約束限制，完全依靠韌帶約束膝關節運動，在股骨頭處施加集中力載荷，載荷方向沿力線方向，人體單腳站立時，股骨頂端收到上半身對其的壓力為體重的62%，考慮單腳站立和雙腳站立兩種載荷工況，單腳站立時，集中力大小為403N，雙腳站立時，集中力大小為202N。
圖3：考慮軟骨、半月板和韌帶的全膝關節模型
有限元分析
1、單腳支撐接觸應力云圖
圖4為單腳站立股骨軟骨接觸應力分布圖，從圖4可以看出股骨軟骨所受的最大接觸應力值約為0.952MPa,位于股骨軟骨內存。圖5為單腳站立脛骨軟骨接觸應力分布圖，從圖5中可以看出脛骨軟骨所受最大接觸應力為1.318MPa，位于脛骨軟骨內側便于出。單腳站立時半月板的接觸力分布如圖6所示，半月板所受最大接觸應力值約為2.102MPa，位于內側半月板的內緣出。
展開 關節面接觸位移變化 在肘關節模型、帶穩定器的肘關節模型，內側副韌帶模型上分別施加100 N的應力，得到有限元模型關節面的位移變化云圖。
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而von Mises stress是屬于第二種情形，有很多人會用Von Mises stress來分析結果，但前提是延性 (ductile) 材料（例如：韌帶）才適合用Von Mises stress來分析。
mises stress實際上就是應力偏量的第二不變量 (J2)，應力偏量的表達形式更簡潔。
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人的足部由骨骼、韌帶、肌肉、神經、血管等組織組成，其中足骨包括跗骨（7塊）、跖骨（5塊）和趾骨（14塊）3部分，共26塊骨骼，并組成33個關節。而從運動分析和鞋制作的角度看，足可以分為后足、中足和前足3個部分。
以足部骨骼為基礎，100多條足部韌帶將不同的足部骨骼連接起來，構成了足部具有力學功能的基礎結構。比較明顯的外在表現就是在足部構成了“弓”型結構。
描述：通過選擇性脫合金的方法制備納米多孔金屬銅/非晶層/納米多孔金屬銅三明治結構，表面的納米多孔金屬連續的韌帶和孔洞結構展示了較大的比表面積。選擇Na2S電解液，在合適的電位下進行陰離子交換，制備出Cu7S4納米多孔材料覆蓋在非晶條帶表面，材料的自支撐性得以保留。樣品制備工藝簡單，且能夠實現印染廢水的有效降解。浮萍本無根，相聚是緣，離散隨風，飄搖又半生。
APLI撞擊是汽車前端結構上、中、下位置剛度匹配的結果，一般小腿支架和前保蒙皮足夠吸收能量，你丫再來一泡沫，更何況現在的泡沫都比較硬，反而給APLI膝部位置施加了一個力，結果可能會導致傷害值增大，尤其是那個韌帶MCL值。
當然，有些車型加了泡沫會有利于行人保護APLI腿碰得分，這個不能一棍子打死，還是得看攻城獅匹配汽車前端結構上、中、下剛度的結果。
不然上面分縫靠后，下面支架也靠后，APLI撞過去呈現一個 C 型，這樣的結果會導致韌帶伸長量MCL值增大。
那樣就得不償失嘍！
你好，我是譚工。
這里有干貨，也有生活，關注我準沒錯~
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腿部的沖擊損傷有三個指標，分別是膝部內側副韌帶動態延伸量（MCL）、膝部前交叉韌帶動態延伸量（ACL）和膝部后交叉韌帶動態延伸量（PCL） 以及小腿最大動態彎矩。
分析結果表明，美團自動配送車的設計對行人下肢的損傷均遠優于法規要求。
腿部的沖擊損傷有三個指標，分別是膝部內側副韌帶動態延伸量（MCL）、膝部前交叉韌帶動態延伸量（ACL）和膝部后交叉韌帶動態延伸量（PCL） 以及小腿最大動態彎矩。
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與相同韌帶尺寸的Au-Ag脫合金相比，由于有更多的選擇性韌帶而不是懸掛的韌帶，驅動幅度比Au-Ag脫合金的幅度大10倍，從而對宏觀體積變化有貢獻。
