生物力学和应用力学研究

关节软骨和半月板对于膝关节的正常运动功能是必不可少的。 这些软组织包含65-80％的液体。 在日常生活中，膝盖压缩会在这些组织中导致液体流动。 软骨代谢也受滑膜液的调节，其将营养物带到软骨细胞。 此外，液体压力可以支持超过50％的关节荷载。 因此，有必要充分发现软骨及半月板中的液体压力和流速的力学和生物功能，以便彻底了解正常的膝关节功能。 目前，由于膝关节内的液体压力测量和三维精确模型的液体压力预测很困难，以致该信息非常有限。

我们近年来专注研究软骨和半月板液压力和流体的关节建模。我们的三维膝关节模型是基于人体膝关节磁共振成像构建的。通过综合数学模拟以阐明由流体压力和流速调节的膝关节的力学功能。我们的进一步研究将提高人体膝关节的机械功能的理解。我们将充分利用计算机建模和高分辨率核磁共振技术，以及通过对动物和人体关节的力学和生物试验，进一步验证所诉方法和理论。我们将（1）评估由液体压力和流动调节的人膝关节的负载支持机制，（2）发现液体压力和流动在膝关节的软骨代谢中的作用，以及（3）应用经验证的方法来预测人体站立和行走的膝关节力学。这些研究将充分利用我们现有的膝关节的建模和在卡尔加里大学已有的最先进的设施（3T MRI, Dual Fluoroscopy, Confocal Microscope, Micro CT），以推进关节的接触力学的发展。这项研究的预期成果包括进一步理解膝关节运动机械功能的基本原理，以及一种可用于预测个体的膝关节力学的综合计算方法。

经过验证的方法和成果可用于生物医学工程的进一步发展。 膝关节的一套行之有效的模型可以进一步用于未来的研究，以预测膝关节退化和关节修复的机械功能。 力学调节的软骨代谢的知识可以最终用于设计锻炼与康复策略以减缓软骨的衰老和病变过程。 可靠的关节模型也可用于其他领域，如机械和机器人系统的仿生设计。

We acknowledge the support of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).
Cette recherche a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG).

我们感谢加拿大自然科学与工程研究基金会的资助