發(fā)布時間：2017-10-25 01:12

  本文關(guān)鍵詞：基于有限元方法分析股骨頸短縮對股骨近端生物力學(xué)的影響

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【摘要】：目的:(1)運用三維重建軟件建立不同股骨頸短縮程度的股骨近端模型,并通過有限元方法分析不同股骨頸短縮模型的生物力學(xué)變化;同時將股骨近端模型進行實體3D打印并進行力學(xué)破壞載荷試驗,驗證有限元分方法及結(jié)果的可靠性。(2)通過對正常成年男性的雙側(cè)股骨近端進行有限元分析,證明正常人左右兩側(cè)股骨近端生物力學(xué)無差異。(3)利用有限元方法評價股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后股骨頸短縮對股骨近端生物力學(xué)性能的影響。方法:(1)收集1例正常成年男性股骨近端CT掃描數(shù)據(jù)。運用三維重建Mimics及相關(guān)模塊功能模擬建立無短縮組、短縮4mm組、短縮8mm組、短縮12mm組及短縮16mm組,每組5個共計25個股骨近端模型。利用有限元前處理軟件Simpleware對剛獲取的模型進行網(wǎng)格劃分及材料屬性賦值,然后導(dǎo)入有限元分析軟件Abaqus進行力學(xué)分析,得到不同股骨頸短縮模型的最大應(yīng)力、冠狀面最大位移、應(yīng)力集中區(qū)域單元數(shù)占整體模型的比例以及平均彈性模量。(2)收集7例正常成年男性的髖部CT掃描數(shù)據(jù),實驗方法同上,獲取兩側(cè)股骨近端的最大及最小應(yīng)力、最大及最小應(yīng)變、冠狀面最大位移和平均彈性模量,采用配對樣本T檢驗左右側(cè)實驗結(jié)果是否存在差異。(3)選取2012年1月至2014年1月期間在天津市天津醫(yī)院行空心螺釘內(nèi)固定治療的股骨頸骨折患者90例,按上述實驗方法得到健側(cè)與患側(cè)的股骨近端有限元結(jié)果。通過分析比較性別、年齡、損傷側(cè)別及Garden分型等因素對股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后發(fā)生股骨頸短縮的影響作用。同時對比分析健側(cè)和患側(cè)的最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、冠狀面最大位移及平均彈性模量。結(jié)果:(1)原始長度模型組最大應(yīng)力值為(33.53±1.19)MPa,與短縮4mm、8mm和12mm組相比均有統(tǒng)計學(xué)差異(P0.05)。原始長度模型組最大冠狀面位移為(0.93±0.07)mm,與其他各組相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。原始長度模型組應(yīng)力集中區(qū)域單元數(shù)占整個股骨近端模型比例為(0.52±0.02),與短縮4mm、8mm、12mm和16mm組相比均有顯著下降(P0.05)。原始長度組應(yīng)力集中區(qū)域的平均彈性模量為(777.86±16.70)MPa,并隨著短縮程度的加重逐漸增加,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。(2)7例健康成年男性左右兩側(cè)股骨頸長度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);左右兩側(cè)最大微應(yīng)變、最小微應(yīng)變差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);左右兩側(cè)最大應(yīng)力值、最小應(yīng)力值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);左右兩側(cè)冠狀面最大位移差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);左右兩側(cè)平均彈性模量差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。(3)90例股骨頸骨折患者中男性44例,女性46例;年齡18~82歲,平均(51.8±12.4)歲;右側(cè)38例,左側(cè)52例;GardenⅠ型21例,GardenⅡ型7例,GardenⅢ型29例,GardenⅣ型33例。以短縮2mm和短縮2mm分組進行分析發(fā)現(xiàn)兩組在性別、損傷側(cè)別和Garden分型無顯著差異(P0.05),而在年齡上差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。隨著股骨頸短縮程度的加重,患側(cè)股骨近端最大應(yīng)力值較健側(cè)升高,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);患側(cè)最大微應(yīng)變比健側(cè)大,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);患側(cè)冠狀面最大位移較健側(cè)下降,兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05);患側(cè)平均彈性模量與健側(cè)相比有所升高,但兩者差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P0.05)。結(jié)論:(1)隨著股骨頸長度減少,股骨近端的力學(xué)性能明顯改變。3D打印模型的實體力學(xué)測試結(jié)果證實有限元分析方法的可靠性。(2)股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后發(fā)生股骨頸短縮與年齡相關(guān),并且隨著短縮程度的加重,股骨近端的正常應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)明顯改變,對髖關(guān)節(jié)的活動功能產(chǎn)生不良影響,不利于患者的遠期功能恢復(fù)和生活質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：股骨頸短縮 三維重建 生物力學(xué) 有限元分析 3D打印
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R683;R318.01
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-8
• 縮略語/符號說明8-11
• 前言11-15
• 研究現(xiàn)狀、成果11-13
• 研究內(nèi)容、方法13-15
• 1．有限元分析同一股骨近端模擬不同股骨頸短縮程度的生物力學(xué)研究13-14
• 2．股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后發(fā)生股骨頸短縮股骨近端生物力學(xué)的變化研究14-15
• 第一章 有限元分析同一股骨近端模擬不同股骨頸短縮程度的生物力學(xué)研究15-33
• 1.1 研究資料及軟件15-18
• 1.1.1 研究資料15
• 1.1.2 儀器及軟件15-18
• 1.2 實驗方法18-26
• 1.2.1 數(shù)據(jù)獲取18
• 1.2.2 數(shù)據(jù)讀取及處理18-21
• 1.2.3 股骨頸短縮有限元模型的建立21-22
• 1.2.4 有限元分析22-24
• 1.2.5 3D打印實體模型及實體力學(xué)分析24-26
• 1.3 統(tǒng)計學(xué)方法26
• 1.4 結(jié)果26-30
• 1.4.1 不同股骨頸短縮長度模型的有限元分析結(jié)果26-28
• 1.4.2 不同股骨頸短縮長度模型的實體力學(xué)測試數(shù)據(jù)28-30
• 1.5 討論30-31
• 1.5.1 股骨頸短縮模型的建立30
• 1.5.2 有限元方法有效性的驗證30-31
• 1.5.3 股骨頸短縮后股骨近端的生物力學(xué)變化31
• 1.6 小結(jié)31-33
• 第二章 股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后發(fā)生股骨頸短縮股骨近端的生物力學(xué)變化研究33-44
• 2.1 資料與方法33-37
• 2.1.1 臨床資料33
• 2.1.2 儀器及軟件33-34
• 2.1.3 實驗方法34-37
• 2.2 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計學(xué)方法37-38
• 2.3 結(jié)果38-40
• 2.3.1 健康成年男性雙側(cè)股骨近端的生物力學(xué)38-39
• 2.3.2 股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)發(fā)生股骨頸短縮后股骨近端的生物力學(xué)39-40
• 2.4 討論40-43
• 2.4.1 實驗方法的選擇40-41
• 2.4.2 健康成年男性雙側(cè)股骨近端的生物力學(xué)比較41
• 2.4.3 股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后股骨頸短縮的生物力學(xué)變化41-43
• 2.5 小結(jié)43-44
• 結(jié)論44-45
• 參考文獻45-49
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明49-50
• 綜述 股骨頸骨折的研究進展50-67
• 1. 前言50
• 2. 股骨近端的解剖特點50-52
• 3. 受傷機制52
• 4. 股骨頸骨折分型52-54
• 5. 手術(shù)時機的選擇54-55
• 6. 手術(shù)方式的選擇55-56
• 7. 內(nèi)固定的選擇56-58
• 8. 相關(guān)并發(fā)癥58-59
• 9. 展望59-60
• 綜述參考文獻60-67
• 致謝67-68
• 個人簡歷68

【參考文獻】

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本文編號：1091377