《中国组织工程研究与临床康复》杂志2010年7月发表了来自上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科钟砚琳作者的文章“不同屈曲角度下膝关节主要韧带有限元模型的建立和验证”，利用对膝关节标本的处理，尝试探索一种简洁、准确而有效的建立不同屈曲角度下膝关节主要韧带有限元模型的方法，并通过对有限元模型的有效性进行验证，来证明其与一般膝关节具有相似的力学特性，可以有效地模拟不同角度下膝关节的活动。

△实验中的操作方法：
解剖标本并扫描：首先去除皮肤、肌肉等膝关节周围软组织，解剖显露出膝关节前、后交叉韧带和内、外侧副韧带等膝关节的主要韧带。将4根主要韧带的走向用直径1 mm的细钢丝仔细环绕标记韧带体部，环绕间隔5 mm，用3-0的手术线将细钢丝缝合固定于韧带上，将关节在5个不同屈曲角度下(0°，30°，60°，90°，120°)分别用美国通用公司LightSpeed16排CT扫描机对标本进行扫描，扫描层厚0.625 mm，将得到数据用DICOM格式保存。去除膝关节的主要韧带后分别在股骨和胫骨的韧带止点处用2 mm直径的骨钻沿韧带止点边缘仔细进行间隔钻孔标记，其中前交叉韧带细分为前内侧束和后外侧束，后交叉韧带分为前外侧束和后内侧束，用相同参数进行同样CT扫描后保存数据。
各组件三维建模：将扫描后得到的CT图像传入工作站，导入到医学仿真软件Mimics10.0中进行三维重建，采用区域增长分割等方法生成膝关节的各个不同部件，膝关节各个韧带在股骨和胫骨上的止点位置也有了清晰的标识，各组件经组合后就可以得到包括股骨、胫骨和主要韧带在内的膝关节在5个不同屈曲角度下的三维模型。
模型的优化处理：将膝关节三维模型导入Geomagic Studio 7.0软件中，对模型进行相应的光滑处理、封闭处理并对网格的数量和质量进行优化，使模型的精度既能够符合有限元建模的要求又不超出图形工作站的计算负荷范围。
有限元前处理：在对模型进行优化后，将模型文件以STL格式导入到有限元软件ANSYS 10.0中，由于STL格式的文件是由一系列三角面片单元组成，在有限元中采用高级网格划分工具对韧带及骨骼进行有限元前处理，确保修复后的模型能够生成高质量的网格，并对网格划分单元进行了多次的检测、编辑以确保计算的合理性。
设置材料属性：根据相应文献的报道，将膝关节前交叉韧带，后交叉韧带，外侧副韧带的弹性模量均设置为(345.0±22.4) MPa，内侧副韧带设置为(332.2±58.3) MPa，泊松比设置为0.4，由于骨和软组织都具有各向异性的特点，不同部位的弹性模量也存在各种变化，尤其对于韧带组织，还存在黏弹性、蠕变性等诸多特点，难以在有限元软件中逐个单元完全模拟实现其性质。故本实验中各组织的材料性质均定义为连续、均质、各向同性线弹性材料以方便统计和计算。
网格划分并定义接触面：在完成了实体建模和设置单元属性，建立网格划分控制之后，运用ANSYS程序自动网格划分生成有限元网格。由于本模型的研究重点在于各主要韧带的生物力学，并且骨结构形变较小，所以将其作为刚性表面进行网格化，韧带等软组织则进行三维四节点四面体网格化。将划分好实体网格的膝关节有限元模型，根据解剖学的知识，将韧带和骨的止点位置定义接触面为Glue面接触。
对模型进行验证：为了能够进行模型有效性的验证，在有限元软件中建立坐标系统，膝关节共有6个方向的自由度，在完全伸直位的膝关节有限元模型上(0°屈曲位)固定股骨并且设置胫骨只有在前后方向的自由度上可以移动，其余4个方向上的自由度固定，在膝关节完全伸直状态下设置134 N前向力作用于胫骨，将胫骨前移程度与其他国内外学者在进行类似实验时得到的结果进行比较，观察膝关节韧带在胫骨前移时候的应力分布情况。

△作者认为：
本实验在CT扫描图像的基础上建立的膝关节主要韧带有限元模型不仅能够精确反映在各个不同屈曲角度下膝关节各主要韧带结构的空间形态及相对位置，并且通过验证反映了其力学仿真的有效性。在今后的有限元模型建立的探索中，对材料属性的精细模拟和对结构的进一步完善将会产生更加精确的仿真模型，相信有限元方法也一定能够在骨科生物力学领域发挥更加巨大的作用。
由于膝关节的内部结构极为复杂，如何建立逼具而有效的韧带有限元模型一直是膝关节有限元研究的瓶颈。本实验重点重建了不同屈曲角度下膝关节各韧带的有限元模型，韧带形态逼真，止点标记清晰，韧带的三维形态和空间位置都实现了精细仿真。并且通过对有限元模型进行探索验证，进一步实现了其力学仿真，对于开展膝关节后续研究具有重要意义。

△值得他人借鉴的特点：
通过膝关节有限元模型可以实现对关节结构的良好的形态仿真和功能仿真，利用有限元手段研究膝关节韧带的生物力学机制，对于解决众多的临床问题，如避免韧带的过度负荷，改进临床治疗，指导术后康复等都有着重要的意义。