成年男性和女性骨盆三维有限元模型的建立及生物力学模型对照试验

来源 :温州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinmeng79
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目的:  建立健康成年男女性骨盆三维有限元模型,得到不同状态下的生物力学数据,对其生物力学特性进行对比分析,为临床创伤外科、肿瘤外科及妇产科提供精确的生物力学解剖平台。  方法:  选取第2代中国虚拟人男性“23号”及女性“24号”志愿者,分别行骨盆CT薄层扫描,获取L4、L5及骨盆DICOM格式图像数据,运用Mimics10.0软件行L4、L5及骨盆三维几何重建,Geomagic Studio12.0进行网格优化,并加入椎间盘、关节囊、关节软骨及关节囊等软组织,利用ANSYS11.0有限元分析软件将成功构建的男女性骨盆三维有限元前处理模型进行不同生理状态下的力学计算,得出精确的骨盆生物力学数据,并将两者进行分析、对比。  结果:  建立高精度的健康成年男女性骨盆三维有限元模型,模型结构完整,对骨盆皮质骨、松质骨、关节软骨、关节囊以及韧带等结构的材料属性赋值,力学加载贴近实际,分别获得两模型的前屈、后伸、左侧弯及左旋转四种工况下的骨盆Von Mises应力、位移及应变云图,通过生物力学数据我们较客观地得出正常男女性骨盆生物力学的相似与差异之处。  前屈工况下的Von Mises应力男性发生在S1右侧骶孔上缘,女性发生在右侧坐骨大切迹上,男性大于女性。骶髂关节软骨间应力男性位于左侧,女性位于右侧,男性明显大于女性。耻骨间盘及骶尾关节软骨间应力男性均明显大于女性。位移均发生在L4椎体,男性大于女性。两模型应变均集中于骶髂关节它们的数值均较小且基本相同。  后伸工况下的Von Mises应力男性发生在S1右侧骶孔上缘;女性发生在右侧坐骨大切迹,男性大于女性。骶髂关节软骨间应力男性及女性均位于左侧,男性明显大于女性。耻骨间盘及骶尾关节软骨间应力男性大于女性。位移均发生在L4椎体,男性小于女性。应变均集中于骶髂关节,数值均较小且基本相同。  左侧弯工况下的Von Mises应力男性发生在S1右侧骶孑L上缘,女性发生在右侧坐骨大切迹上,男性大于女性。骶髂关节软骨间应力男性位于右侧,女性位于左侧,男性明显大于女性。耻骨间盘及骶尾关节软骨间应力男性大于女性。位移均发生在L4椎体,男性大于女性。应变均集中于骶髂关节,数值均较小且基本相同。  左旋转工况下的Von Mises应力男性发生在S1左侧骶孔上缘上,女性发生在右侧坐骨大切迹,男性大于女性。骶髂关节软骨间应力男性及女性均位于左侧,男性明显大于女性。耻骨间盘及骶尾关节软骨间应力男性大干女性。位移均发生在L4椎体,男性大于女性。两模型应变均集中于骶髂关节它们的数值均较小且基本相同。  结论:  利用Mimics和Geomagic Studio等三维有限元前处理软件处理CT薄层扫描得到的数据,建立的正常男女性骨盆三维有限元模型合理可靠,对其生物力学进行对比分析,为两者之间的生理差别提供客观的力学数据资料,为骨盆生理学特性的研究及临床疾病的研究提供了三维有限元模型基础。
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