半月板还用作有限的减震介质[1,8,14]并有助于润滑接头[4,15]。这些功能来自半月板的组成和组织允许液体通过细胞外基质的能力。在滑液存在的情况下,半月板的光滑表面几乎没有摩擦,允许膝关节不受限制地运动。组织的渗透性允许液体在压缩过程中离开,从而降低基质内的静水压。这种机制使弯月面成为一个天然的减震器。由Voloshin等人进行的研究。(1980)得出的结论是,半月板切除会使膝盖的减震能力降低20%。
1.2体内加载环境
弯月面由于其作为承重结构和接头稳定器的形式和功能,承受着复杂的载荷。它们位于股骨圆髁和胫骨平台之间,在组织基质中产生压力和张力。在关节屈曲和伸展过程中,随着胫骨旋转和膝盖锁在“拧回家”过程中,负荷进一步复杂化。当膝关节达到完全伸展,实际上处于几度过度伸展,增加半月板前部的负荷时,就会发生这种情况。然而,半月板在0°屈曲时的负荷水平最高(1, 11, 16)。总的来说,半月板在行走过程中承受的压缩载荷是体重的四倍(范围为0-3000N)[17]。
如前所述,施加的力在上表面上产生水平和垂直分量。上表面力的垂直分量由胫骨平台产生的下表面力的垂直分量来平衡。这种垂直力的平衡会在半月板产生压应力,并在关节高负荷时将其紧紧地固定在股骨和胫骨之间。水平力分量由圆形股骨髁和匹配的半月板凹上表面产生。该力分量作用于径向向外移动弯月面。与此相反的是环向I型胶原束,它继续进入半月板附着体并连接到胫骨。这些纤维束提供抗组织拉伸和位移的张力。胫骨提供了抵抗径向位移的锚固点。在关节屈曲期间,半月板的中央部分稍微向外移动(9)。然而,前段和后段向内移动,形成比无负荷状态下更为压缩的C形半月板。
半月板的加载条件也随着膝盖从完全屈曲到完全伸展(1, 9, 13,18)移动而改变。这个运动范围大约为140°[ 4, 16 ]。当膝关节从30°屈曲到完全伸展时,股骨的18°内旋转相对于股骨(4, 11)发生。屈曲时,股骨髁间的距离增加,曲率半径增大。这样可以保持接触区域高,并将半月板推离中心[9]。随着膝关节向外伸,股骨髁半径增大,髁间距离减小。当在伸展过程中施加载荷时,半月板前后变形[9]。在完全伸展过程中,股骨髁在接触半月板前角时向后滑动[4,18,19]。这个动作收紧了前交叉韧带,停止了股骨外侧髁的伸展。内侧髁进一步向前旋转,直到腘肌腱、胫腓侧副韧带绷紧为止[4,20]。在这一点上,半月板角增加了进一步的限制,因为半月板的前部紧紧地楔在股骨和胫骨之间。这是膝盖“拧到家”的时候,为了解开膝盖,腘肌收缩并向后旋转股骨外侧髁[20]。这是大约18°的旋转,发生在屈曲的前30°(4)。当膝关节解锁并在屈曲中运动时,半月板随着股骨髁运动而保持较大的接触面积〔9〕。当半月板股韧带向内侧拉动外侧半月板的后部时,就会发生这种情况。腘肌也将胫骨平台的后部拉回。内侧半月板在肱骨深部和浅部韧带屈曲时向前牵拉。
半月板的运动,随着膝盖的弯曲,负荷不断地通过膝盖转移。半月板与股骨不断移位,保持接触面积大,保持负重功能。结构上存在恒定的压缩和拉伸力,使得材料性能对于弯月面的正常工作尤为重要。
1.3弯月面材料特性薄膜压力传感器怎么用,柔性压力传感器,薄膜压力传感器,柔性薄膜压力传感器,薄膜压电传感器,薄膜电容传感器,TEKSCAN,I-SCAN,Tactilus,物联网传感器,电子传感器,传感器结构,步态分析系统,压力分布,薄膜压力传感器原理,柔性压力传感,压力传感器模块,电阻式压力传感器,柔性薄膜,仿生传感器,柔性压力传感器,传感器电缆,压力传感,压电加速度传感器,压电式加速度传感器,水压压力传,触觉传感器,表面肌电,运动捕捉系统,上海压力分布,握力传感器,辊轮,步态分析仪,肌电,智能压力传
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