基于MSCT构建髋骨三维有限元模型及仿真生物力学研究

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研究目的: 采用活体结构CT原始DICOM数据,利用交互式医学影像控制系统,对单侧髋骨建立有限元模型,探讨该方法应用中单元类型、单元和节点的数目、大小、布局的选择,建模方式的特点与可行性,模型与真实结构逼近程度的检验;以及基于该模型上有限元分析的临床应用价值等。力求解决:1.三维实体模型的建立;2.面网格的优化;3.体网格的划分,单元类型、单元及节点数目、大小及分布的确定,材料属性的优化;4.研究髋骨符合生物力学的约束和负载条件,确保手术前后边界条件的一致性,研究坐耻骨肿瘤切除手术后单侧髋骨的生物力学改变,分析恢复期并发症产生原因及指导骨盆重建术。 结论: 1、本研究将薄层CT容积扫描技术与有限元建模结合,应用于仿真生物力学研究中,高效地建立了髋骨有限元模型,是目前医学有限元建模领域一个新的尝试;DICOM数据未经任何第三方软件处理和转换,直接运用到髋骨建模中,精度较以往研究方法明显提高,经查新检索国内外均未见类似报道;所建模型外形逼真、分辨率极高,同时明显降低了工作量。 2、交互式医学影像控制系统能自动识别DICOM格式文件及确认数据参数,在髋骨建模中具有操作简单、建模速度快、面网格优化质量好,并能与多种有限元分析软件接口的特点,该方法建模具有良好的可重复性,可推广应用于人体其他部位,并特别适用于对活体生物力学的研究。 3、研究结果示:①坐耻骨切除术后,骶髂关节位移及应变与术前比较具有显著性差异,是恢复期发生骶髂关节不稳、骶髂关节功能紊乱、下腰痛的原因之一;②坐耻骨切除术后,髋臼顶的应力及应变值变化具有显著性差异,股骨头与髋臼顶软骨面的接触与摩擦增大,导致继发性关节炎,是产生髋部疼痛、保护性姿势出现的原因之一;③髋臼顶应力和应变的增大又间接导致或加重同侧骶髂关节功能障碍,最终发生骨盆痛、髋部痛、骨盆倾斜、步态异常等并发症。
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