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摘要
背景：三点力学是踝足矫形器矫正与预防足部各类疾病的有效方法，目前关于3D打印踝足矫形器的临床应用研究已普遍存在，但其涉及三点力学矫正的数值模拟与有限元分析报道相对较少，缺乏相关生物力学实验验证。目的：通过有限元法对踝足矫形器与足部复合模型进行三点力加载分析，观察在三点力干预下佩戴踝足矫形器的足部矫正效果，验证三点力的有效性及踝足矫形器的可靠性。方法：基于医学图像处理软件Mimics构建1例健康志愿者足踝三维模型，采用Rodin 4D与Geomagic逆向工程软件对各模型进行优化处理，设计个性化踝足矫形器模型。利用Solidworks软件对足踝模型进行内侧翻转10°以模拟足内翻病态，通过ANSYS软件结合三点力学原理对足部施力区进行静力加载，在满足人体足部痛阈时分析足踝各组织形变与应力变化，利用显示动力学进一步验证踝足矫形器施加三点力的有效性。结果与结论：(1)设计的个性化踝足矫形器具有预防足踝内翻和固定作用，在未穿戴踝足矫形器时，受到1 N·m内翻载荷后足踝内翻1.81mm，而穿戴踝足矫形器后仅为0.44mm，变形率降低75.7%，预防内翻效果明显增强；(2)仅冠状面矫正时，跟骨力系过小会加剧患者前足内翻，调整足跟内侧与内踝上方矫正力后，前足内翻角与跟骨位得到改善，但足部内侧趾骨区仍有不同程度内收移位，会加剧患者前足内收畸形；(3)冠状面、水平面两组三点力系统联合作用矫正效果优于单冠状面，表现为在足跟内侧、第一跖骨干内侧、外踝下方与内踝上方的力(25,10,10,20 N)作用下，前足内侧趾骨无内收移位，前足内翻角减小，并沿X轴外翻矫正1.395 mm，跟骨外翻矫正1.227mm，在变形比例放大云图下跟骨内翻角由10.21°矫正至7.25°，内翻角改善28.9%;(4)两平面三点力作用下，足底外侧跖骨负荷减小，内侧跖骨负荷增加，矫正后足底骨骼应力显著得到改善，进一步验证了三点力原理的可靠性，该研究为临床患者穿戴踝足矫形器治疗足内翻提供了重要理论支撑。
- 出版日期2024
- 单位内蒙古工业大学
