基于醫(yī)學(xué)圖像的兒童股骨生長(zhǎng)數(shù)值分析.pdf

1、骨應(yīng)力生長(zhǎng)仿真是一個(gè)多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，它涉及骨科相關(guān)知識(shí)，固體力學(xué)分析及有限元方法技術(shù)。研究軟骨內(nèi)骨化對(duì)骨生長(zhǎng)過程中涉及的與軟骨相關(guān)的疾病具有重要的應(yīng)用價(jià)值，然而國(guó)內(nèi)外考慮力學(xué)因素對(duì)骨生長(zhǎng)過程影響的研究還不成熟。
　　本課題通過描述軟骨內(nèi)骨化及新骨重建的醫(yī)學(xué)現(xiàn)象，驗(yàn)證軟骨骨化程序的正確性以及載荷施加方式的合理性，課題研究的成果可以作為力學(xué)分析因素對(duì)骨骼疾病影響的參考依據(jù)。本文將墨爾本皇家兒童醫(yī)院提供的CT掃描圖像進(jìn)行處理，得到能

2、在ABAQUS里進(jìn)行操作的二維及三維近端股骨模型，然后參考相關(guān)應(yīng)力公式，運(yùn)用有限元方法模擬了骨生長(zhǎng)過程。在股骨頭5個(gè)區(qū)域上施加間歇性載荷，計(jì)算每個(gè)單元的成熟指標(biāo)值，通過與臨界成熟指標(biāo)值的比較，判斷單元是否轉(zhuǎn)化為新骨組織，計(jì)算值一旦大于臨界值，該單元軟骨轉(zhuǎn)化為新骨，新骨區(qū)域?qū)⑼ㄟ^更新骨密度和材料的彈性模量完成骨重建，否則單元仍保持軟骨材料屬性。模擬的軟骨內(nèi)化骨及骨重建過程與參考文獻(xiàn)及醫(yī)學(xué)掃描圖像得到的結(jié)果比較一致。二維股骨模型模擬結(jié)果顯示

3、骨化從遠(yuǎn)端開始逐漸向骨骺擴(kuò)展，股骨頭中心出現(xiàn)次級(jí)骨化中心并圍繞此中心擴(kuò)展，骨沉積作用使外圍骨干密度值達(dá)到最大，骨吸收使骨干深層密度值最小。三維股骨模型生長(zhǎng)板骨化結(jié)果顯示邊緣骨化比較明顯，逐漸向深層延伸。結(jié)果最終驗(yàn)證了子程序用于描述不規(guī)則模型骨化的合理性，對(duì)模型處理方法的可行性。
　　本文的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在研究方法上。本文采用臨床圖像獲得的近端股骨模型，模型具有實(shí)際的材料屬性，采用間歇性的施載方式，三維模型的載荷數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)測(cè)量，整