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髋臼缺损有限元模型的建立及力学分析

 发布者:LiWWZXB  发布时间:2011年1月8日 
 
来源:crter

《中国组织工程研究与临床康复》杂志2010年11月发表了来自解放军白求恩国际和平医院骨科马文辉作者的文章“髋臼缺损有限元模型的建立及力学分析”,利以有限元模型分析了缺损髋臼的应力分布规律,建模过程中尽量真实的模拟实体,其研究结果仅为临床应用提供相关理论参考,有必要结合临床和实体的生物力学分析来进一步完善此研究。

△实验中的操作方法:

髋臼区空间结构三维坐标数据的获取:取正常男性完整骨盆标本,于GE公司螺旋扫描CT机中,自上而下以扫描层厚1 mm进行螺旋扫描,共扫描460层。在CT机上重建骨盆,显示出满意的正常骨盆三维空间图像。利用三维图像重建软件将图像逐层描取轮廓,重建后获取骨盆三维图像的空间坐标数据。
髋臼区三维有限元几何模型的建立:以Ansys有限元分析软件包为工具,读取骨盆三维空间坐标数据,对其三维图像进行标准网格划分,建立骨盆的三维有限元模型。
  由于髋臼区为主要研究对象,因此这一部位空间结构的重建力求准确、精细,所以选用的节点较多,单元的划分也较为细致。标准网格包括等参8节点块状成分和4节点膜状成分,前者用于代表骨盆松质骨,后者用于代表骨盆内外表面薄的皮质骨壳。膜状成分的厚度根据Dalstra等[15]的报道,其范围为0.7~3.2 mm,平均为1.5 mm,在此取其平均厚度。分析中使用的材料均假设为同一的和各向同性的,各种材料的性质参考文献的报道。
髋臼区三维有限元模型的负载与力学边界条件:此模型模拟正常步态时骨盆髋臼区的应力分布,骶髂关节区的节点保持固定,模拟骶骨的支撑作用。负荷只施加于研究侧的髋臼,对侧骨盆的作用是在耻骨联合部位提供一个更现实的弹性边界条件。根据已有研究结果,在此研究中未考虑骨盆周围肌肉力的作用。
缺损髋臼有限元模型的建立:在正常髋臼有限元模型的基础上将髋臼上缘的节点向内移动15 mm来模拟髋臼外上方的巨大缺损。同样分析在正常步态的不同时期髋臼区的应力分布,并与正常髋臼相比较,了解缺损髋臼的应力变化。


△作者认为:
本课题使用有限元法对缺损髋臼的应力分布规律进行了研究,并与正常髋臼进行了对比分析,为临床上存在巨大骨缺损的髋臼翻修提供了有益参考。
以有限元模型分析了缺损髋臼的应力分布规律,建模过程中尽量真实的模拟实体,其研究结果仅为临床应用提供相关理论参考,有必要结合临床和实体的生物力学分析来进一步完善此研究。

△值得他人借鉴的特点:
本实验为临床上存在巨大骨缺损的髋臼翻修提供了理论依据,为探讨翻修假体植入后的应力分布规律提供了有益的参考。

 

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