本文關(guān)鍵詞：大齡兒童DDH髖臼周圍截骨區(qū)域應(yīng)力分布的三維有限元研究

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【摘要】：研究背景: 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位(DDH)是兒童骨科最常見的發(fā)育性畸形疾病[1]。對于保守治療無效者，需進(jìn)行手術(shù)治療以達(dá)到股骨頭與髖臼的同心圓關(guān)系，清楚DDH兒童骨盆生物力學(xué)對手術(shù)方案的設(shè)計及評價有指導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的研究手段多采用臨床觀察或是尸體標(biāo)本進(jìn)行生物力學(xué)研究，臨床觀察難以控制的因素較多且獲取的資料有限，尸體標(biāo)本需要較多的標(biāo)本以控制個體之間的差異，花費較大，對實驗設(shè)備和技術(shù)的要求較高。骨盆解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不規(guī)則，組成結(jié)構(gòu)十分不均勻，對骨盆進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變等生物力學(xué)分析難度較高[2]，難以運用傳統(tǒng)的實驗研究手段實現(xiàn)其應(yīng)力分析。作為新的生物力學(xué)研究手段，三維有限元法與傳統(tǒng)生物力學(xué)研究手段相比具有三個優(yōu)勢：成本低、可比性好、獲取信息全面[3]。因此建立有效的DDH兒童骨盆有限元模型對于DDH手術(shù)方案的設(shè)計及評估具有重要意義。 目的: 建立兒童DDH三維數(shù)字化模型，基于兒童DDH三維數(shù)字化模型模擬髖臼周圍截骨手術(shù)，建立術(shù)后三維數(shù)字化模型及有限元模型。對所建立的有限元模型進(jìn)行仿真生物力學(xué)分析，指導(dǎo)髖臼截骨后合理植骨方案。 方法: 基于兒童單側(cè)發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位CT掃描圖像，通過Mimics11.0軟件對圖像數(shù)據(jù)建模，使用Geomagic10.0軟件進(jìn)行模型優(yōu)化，在Hepermesh10.0中進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,根據(jù)髖關(guān)節(jié)解剖及髖關(guān)節(jié)軟骨、皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨及韌帶的力學(xué)材料屬性分別賦予各材料屬性，建立可供Ansys軟件分析兒童發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位特點的髖關(guān)節(jié)模型，應(yīng)用有限元線性面-面接觸分析方法進(jìn)行有限元分析，通過對脫位側(cè)與正常側(cè)髖關(guān)節(jié)術(shù)前髖臼區(qū)域力學(xué)分析，判斷術(shù)前患兒髖臼雙側(cè)受力情況；利用Mimics軟件手術(shù)模擬模塊，模擬髖關(guān)節(jié)髖臼周圍截骨手術(shù)，以CE角的變化設(shè)定插入骨塊位置，建立7組不同術(shù)后髖關(guān)節(jié)模型并進(jìn)行髖臼區(qū)域力學(xué)分析，研究各個三維有限元模型髖臼及周圍區(qū)域應(yīng)力大小及分布情況，評估出截骨的角度和植骨的位置。 結(jié)果: 建立兒童發(fā)育性髖關(guān)節(jié)模型，通過模擬手術(shù)建立術(shù)后模型并對模型進(jìn)行有限元分析。單腿站立時，正常側(cè)髖臼應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力集中點，脫位側(cè)應(yīng)力集中在髖臼邊緣和股骨頭與髖臼接觸部分，髖臼邊緣應(yīng)力高于髖臼中心應(yīng)力。對比術(shù)后模型與術(shù)前模型，單腿站立時CE角在24°～33°時髖臼和股骨頭的應(yīng)力分布接近正常側(cè)，應(yīng)力集中區(qū)域由髖臼邊緣轉(zhuǎn)向中心；雙腿站立時CE角在24°～30°髖臼和股骨頭應(yīng)力分布接近正常側(cè)，CE角為24°時與正常側(cè)最為接近。通過7組術(shù)后模型的對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CE角在24°～30°時，截骨區(qū)植骨后的髖關(guān)節(jié)頭臼匹配最佳，應(yīng)力分布均勻，能夠有效的降低髖臼與股骨頭之間的不良應(yīng)力負(fù)荷，有利于兒童股骨頭及髖臼的發(fā)育。 結(jié)論: 建立DDH兒童髖關(guān)節(jié)三維有限元模型，可以為兒童DDH力學(xué)研究及手術(shù)治療提供數(shù)字化參考依據(jù)，，髖關(guān)節(jié)周圍截骨術(shù)治療發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位能夠有效改善髖臼與股骨頭之間的應(yīng)力接觸，正確選擇髖臼周圍截骨區(qū)截骨角度及植骨的位置，有助于髖關(guān)節(jié)頭臼最佳匹配，應(yīng)力分布均勻。
【關(guān)鍵詞】：兒童 DDH 髖臼 截骨 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R726.8
【目錄】：

• 縮略語表4-5
• 中文摘要5-7
• Abstract7-10
• 前言10-11
• 文獻(xiàn)回顧11-17
• 第一部分 兒童 DDH 骨盆有限元模型的建立及生物力學(xué)分析17-28
• 1 建模材料17
• 2 方法17-21
• 3 結(jié)果21-25
• 4 討論25-27
• 小結(jié)27-28
• 第二部分 模擬髖臼周圍截骨手術(shù)術(shù)后 DDH 有限元模型建立及其生物力學(xué)分析28-46
• 1 材料28
• 2 方法28-35
• 3 結(jié)果35-42
• 4 討論42-45
• 小結(jié)45-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻(xiàn)47-53
• 個人簡歷和研究成果53-54
• 致謝54

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孟杰,趙黎,頡強,宦怡,張勁松,王金峰;三維測量CE角方法的建立及其對發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位術(shù)后效果的評價[J];臨床小兒外科雜志;2005年04期

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本文編號：793610