基于CT數(shù)據(jù)兒童股骨逆向工程研究及有限元分析.pdf

1、本文基于二維CT橫斷面數(shù)據(jù)、DICOM標(biāo)準(zhǔn)和Mimics軟件實現(xiàn)人體骨骼三維重建，詳細敘述了醫(yī)學(xué)三維重建的整體思路和具體過程，無創(chuàng)性地重建正常兒童近端股骨、髖脫位兒童股骨與髖關(guān)節(jié)的復(fù)雜形態(tài)，所建模型細致逼真，形態(tài)還原性好，可以被任意旋轉(zhuǎn)并從不同角度觀察。
　　 本文運用Mimics和Ansys軟件導(dǎo)入導(dǎo)出CT橫斷面數(shù)據(jù)并通過Ansys中的APDL語言編程、最終建立三維有限元模型。本文敘述了兒童股骨近端有限元模型和對其分配材料屬性

2、的過程，并根據(jù)CT值-表觀密度-彈性模量間的經(jīng)驗關(guān)系定義材料特性參數(shù)?；贑T數(shù)據(jù)的股骨三維有限元建模方法，其優(yōu)點包括：1可以充分利用CT數(shù)據(jù)所提供的關(guān)于股骨的幾何形態(tài)和材料特性信息，保證有限元分析結(jié)果的精確性；2此方法的材料特性設(shè)置較以往分配單一材質(zhì)的方法更能表現(xiàn)骨骼材料的非均勻性，并且該方法無需確定密質(zhì)骨、松質(zhì)骨和骨髓的分界面，可以大幅縮短建模時間。本文通過對正常兒童股骨近端和髖脫位股骨近端有限元應(yīng)力分析，研究結(jié)果顯示：
　　

3、 (1)在相同載荷下髖脫位側(cè)股骨最易變形，所以患有髖脫位和髖關(guān)節(jié)脫位術(shù)后的兒童應(yīng)盡量使其避免受到過大的載荷，防止骨折現(xiàn)象的發(fā)生；
　　 (2)兒童股骨上段內(nèi)、外側(cè)尤其是股骨頸內(nèi)側(cè)相當(dāng)于股骨距部位應(yīng)力水平較高，該部位的骨皮質(zhì)最厚而且密度最高，可以承受身體上部的重量在該部位形成的高應(yīng)力而不致疲勞骨折。這種應(yīng)力和骨密度分布方式既符合最基本的力學(xué)原理，又是Wolff定律的又一佐證，再次體現(xiàn)人體內(nèi)各種組織結(jié)構(gòu)和功能的一致性；
　　

4、 (3)應(yīng)變與應(yīng)力相一致，根據(jù)應(yīng)力云圖可以看出股骨頸部位應(yīng)力水平較高，當(dāng)受到暴力時最易發(fā)生骨折的部位應(yīng)為股骨頸處。在體育鍛煉和骨折后治療等方面應(yīng)注重這些區(qū)段的保護。
　　 總之，本研究通過基于CT數(shù)據(jù)兒童股骨逆向工程研究及有限元分析，對比分析了患有髖脫位兒童股骨和發(fā)育正常兒童股骨在雙腿站立、單腿站立以及不同狀況下的生物力學(xué)變化特性，此研究結(jié)果能夠有效評價發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位股骨近端不同狀況下的變化模式，十分有助于預(yù)測發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫