膝关节是人体下肢重要的运动关节,当膝关节发生骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)后,骨结构和软组织的病变改变了关节内的载荷分配机制。目前对于膝关节的生物力学研究进展表明半月板和关节软骨在正常膝关节下存在合理的载荷分布机制,然而针对不同阶段的OA的生物力学特征仍不明确,构建OA膝关节的解剖模型和有限元模型的研究也较少。本文通过采集双侧OA膝关节患者影像数据构建三维解剖模型,基于有限元法模拟仿真轻度OA和重度OA膝关节的生物力学特征,探究半月板半脱位对OA发展的影响。本研究基于膝关节的CT和MRI影像数据在Mimics软件中分别重建膝关节的骨性结构和非骨性结构的三维解剖模型,包括股骨远端、胫骨近端、腓骨、髌骨、半月板、关节软骨和主要韧带,直观的表达了不同OA阶段的关节软骨和半月板的几何特征变化。以膝关节外固定的维生素胶囊和骨结构的解剖学特征作为配准标记物进行影像序列配准,配准操作过程可分为同机配准和异机配准,使用加法融合的方式将配准后的影像序列进行图像融合,获得多模态的影像数据序列。待融合配准后,获得同时具有骨性结构和非骨性结构的三维解剖模型。在Hypermesh中分别划分轻度OA膝关节和重度OA膝关节网格,并对模型进行必要的简化处理以减少有限元分析计算成本,以INP格式导入Abaqus软件定义材料属性、边界条件等参数,模拟站立位膝关节短暂接触时的关节软骨和半月板的生物力学反映,有限元分析结果以接触压强和Mises应力数值数据作为参考值,对比分析半月板半脱位量对载荷分布的影响。通过有限元法模拟OA膝关节的站立位的载荷分布,预测OA膝关节动态运动过程中对关节软骨和半月板的损伤,伴随关节软骨和半月板的损伤退变,关节内的载荷分布与润滑机制的丧失,都将成为造成关节间隙狭窄的主要因素。有限元模拟结果表明内侧半月板半脱位增加了内侧胫骨软骨负荷,对比轻度OA与重度OA膝关的内侧室应力分布和接触压强,内侧半月板半脱位的程度与胫骨软骨的分布和负荷有关,半月板脱位量进一步增大了两侧股骨向内侧室方向的滑移量,增大患者的内翻角度,半月板半脱位加剧了OA膝关节下肢力线变化,这可能是OA膝关节发展进程中的一个显著特征。