【摘要】： 目的和意義有限元方法作為一種常用的力學(xué)分析方法,最早于1972年開始應(yīng)用于骨科領(lǐng)域。由于其可在不同狀態(tài)下模擬被測(cè)對(duì)象活動(dòng),得到不受實(shí)驗(yàn)條件影響的結(jié)果,能任意改變其中任意一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)以觀察其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響,可重復(fù)計(jì)算,節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本�？梢院芎媚M拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等各種力學(xué)實(shí)驗(yàn),求解不同實(shí)驗(yàn)條件下模型任意部位變形、應(yīng)力應(yīng)變分布等變化情況,具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法不能比擬的優(yōu)點(diǎn),因而被越來越多地應(yīng)用于骨科基礎(chǔ)和臨床研究。以往的三維有限元研究多集中在成人骨科生物力學(xué)方面,而對(duì)于兒童,特別是下肢的有限元重建和分析研究很少,國(guó)內(nèi)尚無針對(duì)兒童股骨的三維有限元模型的建立和應(yīng)力分析的報(bào)道。 研究一種適合兒童骨科生物力學(xué)研究需求的仿真性好、有效的股骨上段三維有限元建模方法。初步建立兒童股骨上段三維有限元模型,并對(duì)所建立模型做出初步的生物力學(xué)分析,了解其生物力學(xué)特性,幫助我們更好地了解兒童股骨上段損傷機(jī)制,并對(duì)治療策略的制定有一定的指導(dǎo)意義。 方法選取一名正常男性兒童,將其上段股骨經(jīng)SCT掃描,獲得計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像數(shù)據(jù),使用Mimics數(shù)字化三維醫(yī)學(xué)影像交互式軟件進(jìn)行圖形處理,建立兒童股骨上段三維模型,然后將模型載入有限元處理軟件ANSYS10.0,建立三維有限元模型,設(shè)定邊界及載荷條件,對(duì)兒童股骨上段進(jìn)行生物力學(xué)分析。 結(jié)果初步建立了正常中國(guó)兒童股骨上段三維有限元模型,進(jìn)行生物力學(xué)三維有限元分析結(jié)果顯示,應(yīng)力集中區(qū)主要在股骨大、小轉(zhuǎn)子平面以下,其次為股骨頸后內(nèi)側(cè)中下段。 結(jié)論在采用CT斷層掃描影像技術(shù)獲取的活體幾何資料基礎(chǔ)上,建立兒童骨骼三維有限元模型是有效可行的。本研究建立的正常中國(guó)兒童股骨上段三維有限元模型逼真、客觀,能真實(shí)反應(yīng)兒童股骨上段的幾何結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)屬性,由于骨骺軟骨的保護(hù)作用,應(yīng)力集中區(qū)主要在股骨大、小轉(zhuǎn)子平面以下,其次為股骨頸后內(nèi)側(cè)中下段。在國(guó)內(nèi)首次以三維有限元的方法分析了兒童股骨上段的生物力學(xué)特點(diǎn),并能為我們更好了解兒童股骨上段損傷機(jī)制,制定治療策略提供了有利的平臺(tái)。
【圖文】：

彈性模量由亨氏值為基礎(chǔ)得到，利用公式一、二就可計(jì)算出單元的彈性模量，泊松比： μ = 0.3。公式一：密度值公式： ρ = 1.067 × HU+ 131（Kg/m3）公式二：彈性模量：1.86E = 0.01× ρ（MPa）研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)構(gòu)造的有限元模型的彈性模量超過214個(gè)等級(jí)時(shí)，即使對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型也能得到精確的應(yīng)力－應(yīng)變結(jié)果。即使再提高彈性模量的等級(jí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果也沒有太大的幫助。本研究中將骨盆的彈性模量分為256個(gè)等級(jí)，同樣也將Hu值劃分為256個(gè)灰度等級(jí)，這樣每個(gè)灰度級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)彈性模量值。分別對(duì)每一個(gè)單元進(jìn)行材料屬性的設(shè)定，將這些數(shù)據(jù)輸入模型，使模型的密質(zhì)軟骨等部位符合正常兒童解剖結(jié)構(gòu)，，從而使有限元模型的材料特性更接近實(shí)際情況。密質(zhì)骨和松質(zhì)骨的材料性能參數(shù)有著較大的差異,但在一定的范圍內(nèi),這兩者都可以近似作為線性材料來處理。

圖00N時(shí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖垂直加載100N時(shí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖垂直加載200N時(shí)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：R726.8

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本文編號(hào)：2659118