骨應(yīng)力重建仿真研究.pdf

1、骨應(yīng)力重建仿真，是一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，它涉及固體力學(xué)、有限元仿真技術(shù)以及骨科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識。骨應(yīng)力重建仿真在醫(yī)學(xué)診斷、醫(yī)學(xué)內(nèi)植物設(shè)計(jì)與制造、手術(shù)規(guī)劃和骨科疾病治療等方面有重要應(yīng)用。因此，骨應(yīng)力重建仿真的研究，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。 本課題主要研究內(nèi)容包括骨有限元模型前處理，如CT圖像中提取有限元模型和合理網(wǎng)格劃分等；建立骨重建數(shù)值仿真中的控制方程；重建模型在不同骨骼、工況下的應(yīng)用，如步態(tài)下股骨的重建、牙齒正畸過

2、程中牙弓的重建和植入手術(shù)后骨的重建仿真等。 骨重建實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，呈現(xiàn)出材料與邊界條件的非線性特征，既有生理狀況控制的生長因素，又有外部應(yīng)力刺激而產(chǎn)生的力學(xué)調(diào)控。本算法模型根據(jù)每個(gè)有限單元上的應(yīng)變能，通過一系列的數(shù)值調(diào)控過程，計(jì)算出每個(gè)單元新的骨密度、彈性模量和泊松比值并賦予對應(yīng)單元，使之參與下一輪歐拉前項(xiàng)迭代計(jì)算。試驗(yàn)證明重建算法是收斂的，針對不同的有限元模型，模擬了300到3000天后骨骼重建的結(jié)果，通過對比CT

3、圖片和前人仿真結(jié)果，都達(dá)到了較為滿意的結(jié)果。 論文采用逆向工程方法，提取CT圖片組中關(guān)鍵信息并轉(zhuǎn)化為三維有限元模型，對其做合理的網(wǎng)格劃分并賦予模型初始參數(shù)。計(jì)算了二維股骨在外界靜載荷工況下3000天的重建，結(jié)果與真實(shí)股骨截面密度分布非常相似；計(jì)算了三維顱頜面骨在咬合力與擴(kuò)弓狀態(tài)下的300天重建，對比單層CT圖片獲得滿意結(jié)果；計(jì)算了三維股骨在循環(huán)步態(tài)下(含肌肉力與關(guān)節(jié)力)的300天重建，通過探討骨干路徑區(qū)域密度與應(yīng)力分布，認(rèn)為是符