股骨三维有限元模型的建立和初步生物力学分析及临床意义
目的:建立完整的股骨三维有限元模型,进行初步的生物力学分析,探讨其临床意义。方法:实验研究利用螺旋CT扫描正常成人股骨,获取DICOM格式数据,结合MIMICS及ANSYS软件构建正常人体股骨三维有限元模型,并通过对模型分别施加350N、700N的垂直载荷和模拟体重700N成人慢步行走步态周期中关节承载处于峰值时刻股骨的载荷情况,进行生物力学分析。临床研究对应用中空加压螺丝钉治疗的55例病人进行回顾性研究,将病人年龄、性别、骨折类型、手术复位质量、空心钉位置与骨折愈合及股骨头缺血坏死之间的相关关系进行统计学分析。结果:实验研究建立的股骨三维有限元模型几何形状与材料特性还原性良好,网格大小可根据研究者对精度的需要在一定范围内自行调整,可以满足有限元分析的需要;在各种载荷下,股骨颈和股骨干各有一个应力集中部位。股骨颈的应力集中部位在小转子上方、稍偏股骨颈后方处,而股骨干以其上1/3及中1/3段应力较大,其中上1/3段内侧应力最大。股骨应力分布结果合理,验证了局部结构和功能之间的对应关系。临床研究统计结果显示骨折分型、复位质量、空心钉位置都与股骨颈骨折预后有关。结论:1.采用DICOM数据,结合MIMICS及ANSYS软件能快速高效地构建股骨三维有限元模型,该方法可重复性强,模型质量容易控制,可推广用于其他部位有限元模型的构建。2.股骨颈骨折治疗时要尽量达到解剖复位,为骨折部位愈合提供较好的力学环境。股骨颈处的压力骨小梁和股骨距是主要的承重结构,内固定的放置应与压力骨小梁的方向一致,并紧贴股骨距;股骨干应力骨折好发于其中下1/3交界处,与此处解剖特点及应力集中有关。3.本研究建立的股骨三维有限元模型是一个良好的生物力学研究工具,将其应用于基础及临床研究后,有着广泛的发展和应用前景。
股骨;三维有限元模型;生物力学;临床疗效
山东中医药大学
硕士
中医骨伤科学
张世华
2009
中文
R274.12;R318.01
47
2014-05-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）