【摘要】：目的通過多模態(tài)CT和MRI影像數據構建復雜人體膝關節(jié)有限元模型的研究較少。文中旨在通過CT和MRI影像數據配準融合構建全膝關節(jié)置換術(TKA)膝關節(jié)有限元模型,進行有限元分析,為TKA膝關節(jié)生物力學仿真研究提供模型。方法采集連云港市第一人民醫(yī)院關節(jié)外科2016年6月1例26歲正常成年男性左側膝關節(jié)CT和MRI影像數據,導入至Mimics軟件構建膝關節(jié)骨性和非骨性結構三維模型。以外部參照點進行模型配準,融合成膝關節(jié)三維整體模型。仿真植入TKA假體組件,構建TKA膝關節(jié)三維模型,進一步網格劃分,構建TKA膝關節(jié)三維有限元模型。對其定義材料屬性、確定邊界條件和載荷后,進行有限元分析。結果通過CT和MRI影像配準融合構建出包含骨骼、韌帶、假體、聚乙烯襯墊和骨水泥層的TKA膝關節(jié)有限元模型,模型保持了TKA膝關節(jié)內不同結構的空間位置關系。有限元分析結果顯示了TKA膝關節(jié)內的應力分布特征。TKA膝關節(jié)內外側間室股骨假體與聚乙烯襯墊發(fā)生接觸,內外側間室接觸總面積為230 mm2,內側間室為124mm2,外側間室為106mm2,內側間室接觸面積約為外側間室的1.17倍。內側間室聚乙烯上表面的壓應力峰值為15.72 MPa,外側間室聚乙烯上表面的壓應力峰值為14.45 MPa,內側間室壓應力峰值是外側間室的1.09倍。結論基于CT和MRI影像數據配準融合構建的TKA膝關節(jié)有限元模型為研究TKA膝關節(jié)生物力學行為提供了可靠工具。
[Abstract]:Objective to construct a complex finite element model of knee joint based on multimodal CT and MRI images. The purpose of this paper is to construct the finite element model of (TKA) knee joint for total knee arthroplasty by CT and MRI image registration fusion, and to provide a model for the biomechanical simulation of TKA knee joint. Methods CT and MRI images of left knee joint were collected from a 26-year-old adult male in June 2016 in the first people's Hospital of Lianyungang City. The data were imported into Mimics software to construct a three-dimensional model of bone and non-bone structure of knee joint. The model was registered with external reference point and fused into a three-dimensional global model of knee joint. The three-dimensional model of TKA knee joint was constructed by imitating the TKA prosthesis component, and then the three-dimensional finite element model of TKA knee joint was constructed by further mesh division. After defining the properties of materials, determining the boundary conditions and loads, the finite element analysis is carried out. Results the finite element model of TKA knee joint including bone, ligament, prosthesis, polyethylene pad and bone cement layer was constructed by CT and MRI image registration fusion. The model maintained the spatial relationship of different structures in TKA knee joint. The results of finite element analysis showed that the stress distribution in TKA knee joint. The total contact area was 230mm ~ 2, 124mm ~ 2 for medial room and 106mm ~ 2 for lateral room. The contact area of medial interroom was 1.17 times of that of lateral room. The peak value of compressive stress on the upper surface of the inner chamber was 15.72 MPA, and on the upper surface of the outer chamber was 14.45 MPA. The peak value of the compressive stress of the inner chamber was 1.09 times that of the outer chamber. Conclusion the finite element model of TKA knee joint based on CT and MRI image data registration fusion provides a reliable tool for studying the biomechanical behavior of TKA knee joint.
【作者單位】： 連云港市第一人民醫(yī)院關節(jié)外科;連云港市第一人民醫(yī)院重癥醫(yī)學科;連云港市第一人民醫(yī)院疼痛科;
【基金】：國家自然科學基金(31670956) 連云港市科技局科技發(fā)展計劃項目(ZD1501) 連云港市衛(wèi)生科技項目(201506;QN1402)
【分類號】：R318.01;R687.4

【參考文獻】

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本文編號：2178901