【摘要】： 目的和意義有限元方法作為一種常用的力學分析方法,最早于1972年開始應用于骨科領域。由于其可在不同狀態(tài)下模擬被測對象活動,得到不受實驗條件影響的結果,能任意改變其中任意一個或幾個參數(shù)以觀察其對整個系統(tǒng)的影響,可重復計算,節(jié)約了實驗成本�？梢院芎媚M拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等各種力學實驗,求解不同實驗條件下模型任意部位變形、應力應變分布等變化情況,具有傳統(tǒng)實驗方法不能比擬的優(yōu)點,因而被越來越多地應用于骨科基礎和臨床研究。以往的三維有限元研究多集中在成人骨科生物力學方面,而對于兒童,特別是下肢的有限元重建和分析研究很少,國內(nèi)尚無針對兒童股骨的三維有限元模型的建立和應力分析的報道。 研究一種適合兒童骨科生物力學研究需求的仿真性好、有效的股骨上段三維有限元建模方法。初步建立兒童股骨上段三維有限元模型,并對所建立模型做出初步的生物力學分析,了解其生物力學特性,幫助我們更好地了解兒童股骨上段損傷機制,并對治療策略的制定有一定的指導意義。 方法選取一名正常男性兒童,將其上段股骨經(jīng)SCT掃描,獲得計算機斷層掃描圖像數(shù)據(jù),使用Mimics數(shù)字化三維醫(yī)學影像交互式軟件進行圖形處理,建立兒童股骨上段三維模型,然后將模型載入有限元處理軟件ANSYS10.0,建立三維有限元模型,設定邊界及載荷條件,對兒童股骨上段進行生物力學分析。 結果初步建立了正常中國兒童股骨上段三維有限元模型,進行生物力學三維有限元分析結果顯示,應力集中區(qū)主要在股骨大、小轉(zhuǎn)子平面以下,其次為股骨頸后內(nèi)側中下段。 結論在采用CT斷層掃描影像技術獲取的活體幾何資料基礎上,建立兒童骨骼三維有限元模型是有效可行的。本研究建立的正常中國兒童股骨上段三維有限元模型逼真、客觀,能真實反應兒童股骨上段的幾何結構和生物力學屬性,由于骨骺軟骨的保護作用,應力集中區(qū)主要在股骨大、小轉(zhuǎn)子平面以下,其次為股骨頸后內(nèi)側中下段。在國內(nèi)首次以三維有限元的方法分析了兒童股骨上段的生物力學特點,并能為我們更好了解兒童股骨上段損傷機制,制定治療策略提供了有利的平臺。
【圖文】：

彈性模量由亨氏值為基礎得到，利用公式一、二就可計算出單元的彈性模量，泊松比： μ = 0.3。公式一：密度值公式： ρ = 1.067 × HU+ 131（Kg/m3）公式二：彈性模量：1.86E = 0.01× ρ（MPa）研究發(fā)現(xiàn)當構造的有限元模型的彈性模量超過214個等級時，即使對于結構復雜的模型也能得到精確的應力－應變結果。即使再提高彈性模量的等級，對計算結果也沒有太大的幫助。本研究中將骨盆的彈性模量分為256個等級，同樣也將Hu值劃分為256個灰度等級，這樣每個灰度級對應一個彈性模量值。分別對每一個單元進行材料屬性的設定，將這些數(shù)據(jù)輸入模型，使模型的密質(zhì)軟骨等部位符合正常兒童解剖結構，，從而使有限元模型的材料特性更接近實際情況。密質(zhì)骨和松質(zhì)骨的材料性能參數(shù)有著較大的差異,但在一定的范圍內(nèi),這兩者都可以近似作為線性材料來處理。

圖00N時節(jié)點應力云圖垂直加載100N時節(jié)點應力云圖垂直加載200N時節(jié)點應力云
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：R726.8

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