膝关节是下肢活动中最为重要的关节之一,也是最易损伤的关节。膝关节的相关疾病也得到人们的普遍关注,国内外研究者对膝关节的研究也更加深入。膝关节的生理解剖结构和相应的生物力学特性是近年来学者们研究的焦点。膝关节的生物力学环境对关节的损伤及病变有着重要的影响作用,准确的分析膝关节的力学特性不仅可以明确膝关节相关疾病的发生机制,而且可以更加准确地诊断疾病、评估手术效果以及为术后康复治疗提供有效的指导。随着研究者们对膝关节生物力学特性的不断探索,相继提出了不同的膝关节静力学模型和动力学模型,然而,这些模型大部分只有膝关节的骨性结构,不包括膝关节的半月板及软骨等结构,因此,利用这种模型进行膝关节的力学特性分析的结果是不精确的。本文以膝关节的生理解剖结构为理论依据,利用膝关节的CT图像作为二维数据源,通过医学图像处理软件Mimics建立膝关节的三维模型,然后利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立膝关节的三维有限元模型,根据已验证发表的实验数据确定膝关节模型的各部分的材料属性,对整个模型施加载荷和约束,模拟了人体在单腿静止站立时膝关节的受力情况,得到了股骨软骨、半月板以及胫骨平台软骨的应力分布。在此基础之上,进一步分析了膝关节力轴偏移情况下的股胫关节的应力分布。得出结论:膝关节股胫关节内侧承载的负重大于外侧,膝关节的内侧更容易发生半月板与软骨的退变,从而引起相关的膝关节疾病。在膝关节力轴发生偏移时,关节面的接触面积减少而应力增加,致使单位面积上的压强增加,在偏移侧尤为明显,与临床数据相一致。