目的建立包含韌帶的髖關(guān)節(jié)有限元模型,分析其在單腿站立情況下的應(yīng)力分布情況及傳遞趨勢,以期為髖關(guān)節(jié)內(nèi)固定術(shù)、置換手術(shù)以及其他髖關(guān)節(jié)力學(xué)基礎(chǔ)研究提供精確模型和依據(jù)。方法通過CT掃描獲得人體髖關(guān)節(jié)的DICOM數(shù)據(jù),導(dǎo)入軟件Mimics10.0,以每塊骨骼10種材料屬性來模擬骨骼材料的各向異性特征來進行三維重建。然后將初始模型導(dǎo)入軟件Hyperworks12.0,以多節(jié)點的彈簧單元模擬韌帶束結(jié)構(gòu),建立包含髂股韌帶、恥股韌帶、坐股韌帶的髖關(guān)節(jié)有限元模型,分析該模型在單腿站立載荷作用下的應(yīng)力分布情況。結(jié)果在該載荷作用下,髖骨的應(yīng)力在坐骨大切跡、弓狀線區(qū)域及恥骨支區(qū)域分布較為集中,髖臼的臼頂處應(yīng)力最大;股骨近端的應(yīng)力在股骨頭、股骨頸的內(nèi)側(cè)區(qū)域及上方區(qū)域、小轉(zhuǎn)子下方的股骨干區(qū)域以及大轉(zhuǎn)子下方的股骨干區(qū)域分布較為集中;髖骨內(nèi)側(cè)主要承受壓應(yīng)力,外側(cè)主要承受拉應(yīng)力;股骨頭上側(cè)區(qū)域、股骨頸外側(cè)、股骨干外側(cè)受拉應(yīng)力,股骨頭下側(cè)區(qū)域、股骨頸內(nèi)側(cè)、股骨干內(nèi)側(cè)受拉應(yīng)力。結(jié)論三維重建得到的髖關(guān)節(jié)有限元模型準(zhǔn)確性較高,力學(xué)分析得出的應(yīng)力集中區(qū)域與骨小梁分布致密區(qū)域相近,可為進一步探討髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性,及臨床骨盆骨折治... 

【文章來源】：北京生物醫(yī)學(xué)工程. 2020,39(05)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

髖骨及股骨近端初步模型

賦予材料屬性的有限元模型

為了進一步使得模型更加接近實際的生理解剖結(jié)構(gòu)，在進行髖關(guān)節(jié)股骨近端及髖骨裝配后，建立髂股韌帶、恥股韌帶及坐股韌帶。以Hyperworks12.0軟件中的彈簧單元進行模擬，彈簧單元剛度賦值見表2。根據(jù)各個韌帶起止點在實際解剖結(jié)構(gòu)中的位置，于模型表面選取相應(yīng)的節(jié)點建立彈簧單元。傳統(tǒng)的骨骼韌帶建模方式較多采用抓取韌帶兩側(cè)節(jié)點的方式建立多條彈簧單元，這樣建立的韌帶模型涉及彈簧單元數(shù)量眾多，且建模不方便。本文采用rbe3單元抓取彈簧單元兩端附近區(qū)域的節(jié)點，每個彈簧單元兩端選取12～15個從節(jié)點，自動計算生成主節(jié)點，并以各個主節(jié)點為中心連接建立彈簧單元，相當(dāng)于將多個彈簧單元相并聯(lián)，合成一組，建立出的模型結(jié)構(gòu)簡明清晰，且與實際解剖中的韌帶束結(jié)構(gòu)較為相似。三維模型中，紅色彈簧單元為髂股韌帶[圖4(a）]，藍色彈簧單元為恥股韌帶[圖4(b）]，黃色彈簧單元為坐股韌帶[圖4(c）]，彈簧單元剛度設(shè)置如表2所示[7]。最終整個髖關(guān)節(jié)的三維有限元模型見圖4(d），其中髖骨模型共劃分為20 973個節(jié)點、85 747個單元，股骨近端模型共劃分為14 350個節(jié)點、40 917個單元。

【參考文獻】：
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本文編號：3484027