【摘要】：目的:利用高分辨率CT、MRI及尸體解剖方法,重建包括正常人體手腕關(guān)節(jié)的骨組織、韌帶及三角纖維軟骨盤的精細(xì)三維有限元模型,并對(duì)其精確性進(jìn)行驗(yàn)證。方法:1、正常人體腕關(guān)節(jié)三維有限元精細(xì)模型的建立:根據(jù)CT圖像和MRI圖像分別對(duì)骨組織、軟組織顯影明顯的特點(diǎn)依次建立正常人體腕關(guān)節(jié)骨組織及軟組織的三維有限元模型。選取一具新鮮冷凍男性上肢標(biāo)本,分別使用德國西門子CT機(jī)及荷蘭Philips公司生產(chǎn)的64排高分辨率螺旋核磁共振機(jī),設(shè)置機(jī)器掃描層厚為0.625mm、掃描間隔為0.625mm、重復(fù)時(shí)間為1500ms、恢復(fù)時(shí)間為15.0/1ms、平均時(shí)長為6:58:SL3mm、視野為230mm×230mm、矩陣為256×256的T1WI序列,掃描區(qū)域?yàn)橛仪氨巯露艘赃h(yuǎn)區(qū)域,包括尺橈骨下段、全部腕關(guān)節(jié)、掌骨、指骨及軟組織結(jié)構(gòu)。將全部CT及MRI掃描數(shù)據(jù)以Dicom格式輸出,經(jīng)仔細(xì)對(duì)照與鑒別確定其無手腕部疾患后導(dǎo)入Mimics 10.0軟件中,調(diào)整CT圖像閾值以選擇全部骨組織,并經(jīng)過區(qū)域增長、三維建模及表面光滑處理后,完成手腕部骨組織粗糙模型的重建。再次調(diào)整MRI數(shù)據(jù)閾值,依次選擇各部分關(guān)節(jié)囊、韌帶及三角纖維軟骨盤。各軟組織間的閾值相似,MRI圖像難以精確區(qū)分,采用尸體解剖與MRI圖像對(duì)照的方法,仔細(xì)解剖腕關(guān)節(jié)各部分韌帶、肌腱及軟骨盤,測(cè)量各部分軟組織的起止點(diǎn)、厚度等數(shù)據(jù),同時(shí)與MRI圖像進(jìn)行對(duì)照,將各部分肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)盤進(jìn)行辨別、分割、重建,得到粗糙的手腕部軟組織模型。將全部數(shù)據(jù)以點(diǎn)云格式(Point Cloud)輸出,導(dǎo)入Geomagic studio 10.0軟件中,依次經(jīng)過點(diǎn)階段、面階段、多邊形處理及曲面劃分階段,將各骨骼、肌腱、韌帶及關(guān)節(jié)盤組織粗糙模型進(jìn)行輪廓松弛、封裝、光滑、構(gòu)建曲面片處理,部分轉(zhuǎn)角及曲面片的修理需手動(dòng)操作,得到了較為精細(xì)并符合解剖位置的手腕部骨組織模型。以腕關(guān)節(jié)骨組織為工作坐標(biāo)系,根據(jù)手腕部各組織的尸體解剖關(guān)系,仔細(xì)調(diào)整各軟組織及骨骼的方向、位置,使其精確復(fù)位。將模型以igs格式輸出后,再導(dǎo)入至Ansys 12.0軟件中,經(jīng)過定義單元模型、材料屬性、劃分網(wǎng)格后,得到了較為精細(xì)且完整的手腕關(guān)節(jié)三維有限元模型。模型中腕骨間的微動(dòng)關(guān)節(jié)采用了軟骨連結(jié)方式進(jìn)行連接,活動(dòng)性較大的如橈腕關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)等則采用各組接觸單元進(jìn)行連結(jié)。2、正常人體腕關(guān)節(jié)三維有限元精細(xì)模型的驗(yàn)證:使用Ansys 12.0軟件打開上述手腕關(guān)節(jié)三維有限元模型,以尺、橈骨近端設(shè)定為固定點(diǎn),在各掌骨頭施加100N的軸向壓力,計(jì)算在此壓力下橈腕關(guān)節(jié)面的接觸應(yīng)力分布情況,并與文獻(xiàn)報(bào)告中采用力學(xué)研究方法得到的壓力情況相比較,以驗(yàn)證使用本實(shí)驗(yàn)方法重建的手腕關(guān)節(jié)三維有限元精細(xì)模型的準(zhǔn)確性。結(jié)果:本實(shí)驗(yàn)中,首次采用MRI圖像與尸體解剖相結(jié)合的方式,建立了精確的手腕關(guān)節(jié)三維有限元精細(xì)模型。該模型包括了尺、橈骨下段(各1塊)、全部腕骨(共8塊)、掌骨(共5塊)、關(guān)節(jié)囊、三角纖維軟骨盤、橈月韌帶、橈舟韌帶等結(jié)構(gòu)。該模型共包括節(jié)點(diǎn)829345個(gè)、實(shí)體單元42154個(gè)、接觸單元739個(gè)。在對(duì)各掌骨頭施加100N的軸向壓力下,舟骨傳導(dǎo)至橈腕關(guān)節(jié)的接觸應(yīng)力為5.3 Mpa,月骨傳導(dǎo)至橈腕關(guān)節(jié)的接觸應(yīng)力為3.0 Mpa,二者之比為1.767,與文獻(xiàn)報(bào)告中采用力學(xué)研究方法得到的壓力情況相符,因而證明了本實(shí)驗(yàn)方法所構(gòu)建的手腕關(guān)節(jié)三維有限元精細(xì)模型的真實(shí)性與合理性。結(jié)論:使用MR圖像與尸體解剖相結(jié)合的方法構(gòu)建的手腕部三維有限元精細(xì)模型,各解剖結(jié)構(gòu)精確,對(duì)位關(guān)系合理,操作較為簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)可行性強(qiáng),為人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維有限元模型的構(gòu)建提供了新的思路與方法,同時(shí)也為腕部乃至其他部位的生物力學(xué)研究提供了新的研究思路與方法。
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【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R68

【參考文獻(xiàn)】

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1 李建峰;吳金英;李海雷;劉井達(dá);趙亮;李大村;;拇指腕掌關(guān)節(jié)韌帶的解剖學(xué)特點(diǎn)及其臨床意義[J];中國臨床解剖學(xué)雜志;2016年06期

2 杜傳超;肖滋潤;熊革;任爽;榮起國;張衡;;月骨矢狀面二維有限元模型的建立及其有限元分析[J];中華手外科雜志;2016年01期

3 朱海波;朱建民;馬南;徐e，

本文編號(hào)：2430663