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颅脑创伤有限元模型的建立及验证
建立基于人体解剖学结构的HBM(Human body model)头部三维有限元模型.详细描述了人体头部的主要解剖学结构,模型由头皮、颅骨、硬脑膜、脑脊液、软脑膜、大脑、小脑、脑室、脑干、脑镰和脑幕等组成.采用人体头部碰撞实验数据,比较了实验与仿真中头部的动力学响应和颅内压力分布参数,对头部有限元模型进行了验证.结果表明,该模型具有较好的生物逼真度,可以用来分析车辆交通事故中颅脑创伤和损伤机制.
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人工髓核置换三维有限元模型的建立
背景:目前人工髓核置换主要集中在临床使用及观察方面,尚缺乏更多力学实验数据的支持,需要可靠的物理模型或大量体外实验论证分析.目的:建立L4L5节段人工髓核置换三维有限元模型,拟为生物力学实验研究提供标准数学模型.设计、时间及地点:观察性实验,于2006-07/11在南方医科大学珠江医院骨科中心完成.材料:健康志愿者及人工髓核置换患者各1名,进行64层螺旋CT扫描.扫描数据以Dicom 3.0标准直接存储.根据国人实际情况,实验选用常用PDN-SOLO-7型进行建模,PDN-SOLO-7型代表假体高度7.0mm,横径25mm,弹性模量为45 MPa,泊松比为0.49,面接触摩擦系数为0.3 MU.方法:在Mimics 10.11软件建立L4/L5运动节段及PDN-SOLO-7型人工髓核模型.模仿腰椎后路人工髓核置换,建立人工髓核置换三维有限元几何模型.各组件在ANSYS 11.0转化成体单元网格.L4和L5体单元网格导回Mimics根据灰度值进行材质分配.余组件直接定义材料参数.在ANSYS用高级有限元装配技术,建立L4/5节段人工髓核置换三维有限元模型.主要观察指标:观察人工髓核置换后有限元模型的模拟单元,节点及构成组件.结果:建立了人工髓核置换后三维几何和有限元模型.人工髓核置换模型分为92 516个四面体单元,153 963个节点,由L4、5、纤维环、上下终板、7条韧带和人工髓核13个组件构成,由三维10节点SOLID92固体单元模拟.结论:通过64层螺旋CT扫描获得腰椎精确几何数据,Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确模型,利用灰度值赋材质,建立高仿真脊柱节段及人工髓核置换有限元模型.
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应用CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法
目的:寻求更为快捷、精确的基于CT断层图像重建人体骨骼结构有限元几何模型建立方法.方法:利用Philips/Brilliance64排螺旋CT各向同性分辨率0.625 mm的薄层扫描技术,基于0.4 mm层厚118层人体寰枢椎的连续断层图像,Mimice直接读入Dicom格式原始图像,界定骨组织阈值后软件自动提取各层面轮廓线,每层图像经边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得寰枢椎骨骼三维几何模型,面网格可保存为后缀名.lis的ANSYS文件,能直接导人Ansys有限元分析软件生成三维有限元模型.结果:建立了更为精确、快捷的寰枢椎骨骼三维有限元几何模型,面网格可直接导入Ansys有限元软件,进一步行模型求解.结论:薄层CT扫描技术,Dicom标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件直接建立人体骨骼结构的有限元几何模型,极大程度提高了建模效率.
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Mimics辅助快速建立颅上颌复合体的三维有限元模型
背景:颅颌面部是骨骼系统中结构复杂、功能多样的的结构之一,要进行颅上颌骨复合体生物力学分析,就必须建立一个精准的三维有限元模型.目的:探索快速建立完整颅上颌复合体三维有限元模型的方法.方法:以牙列完整、咬合关系正常、磨牙为中性关系、牙周组织健康的成年志愿者作为建模素材.进行多层螺旋CT扫描,利用Mimics软件和MSC.Patran软件建立颅上颌复合体三维有限元模型.结果与结论:探索出一条快速建立颅上颌复合体三维有限元模型的新方法.建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人颅上颌复合体三维重建生物医学模型和三维有限元模型,由76 035个节点和373 819个单元组成.该模型具有较好的几何相似性和力学相似性.
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股骨头坏死有限元模型的建立
背景:股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足.目的:借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型.方法:将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型.结果与结论:快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型.提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确.
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应用三维有限元分析正常站立位股骨近端结构生物力学特性
背景:目前股骨有限元研究较多,但以往的研究多集中于股骨外部的生物力学方面,关于股骨近端的生物力学研究较少.目的:建立股骨近端结构的三维有限元模型,对正常站立位下的股骨近端生物力学特性进行分析以指导临床工作.设计、时间及地点:三维有限元建模分析试验,于2008-12/2009-04在天津医科大学总医院完成.对象:天津医科大学总医院志愿者1名,男性,30岁,应用X射线排除股骨病变及损伤等情况.方法:在Mimics中直接读取符合Dicom 3.0标准的股骨近端原始CT数据,经阈值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型,后期结合有限元软件ANSYS生成终的三维有限元网格模型,然后在ANSYS中分别对应用Mimics得到的模型加载200 N的垂直载荷,观察股骨近端内部应力分布.主要观察指标:对模型施加200 N垂直载荷,观察股骨近端的Von mises应力分布.结果:应用Mimics和Ansys软件建立了股骨近端有限元模型,观察到股骨近端内部的应力分布,验证了结构与功能的对应关系.结论:应用Mimics可以建立更符合股骨近端机械结构和力学性质的三维有限元模型,据此模型得到的股骨近端力学特性分析结果更为可信,可以辅助指导临床应用.
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一种基于影像特征经皮椎体成形术生物力学稳定性评估的有限元模型
背景:生物力学研究表明椎体成形术在注入骨水泥后单个骨质疏松椎体的硬度和强度有很大的增长,但对于保持椎体力学稳定性所需骨水泥的体积和其注入位置还有待进一步研究.目的:通过参数有限元模型比较椎体成形手术腰椎L1-L2的生物力学稳定性评估椎体成形术的有效性.设计:非随机对照观察.单位:北京神经外科研究所.材料:选择1例54岁女性骨质疏松性导致腰椎L1-L2压缩性骨折患者,经CT确诊,该患者对实验项目知情同意.通过椎体成形手术前后CT扫描,分别得到了各90张连续切片,层厚1 mm,每个像素的尺寸是0.33mm.方法:实验于2005-10/2006-06在北京神经外科研究所完成.①三维有限元模型的创建:通过整合CT和MRI图像的解剖结构,建立了一种腰椎功能性脊椎单元的三维几何模型,基于该几何模型对搜集到90张连续CT切片数据进行转换并对图像进行分割,创建两种分别表示患者通过椎体成形手术前后的L1～2段椎体三维有限元模型.②模型评估:在模型L1椎体的上表面分别施加500,1 000,1 500,2 000,2 500 N的轴向负载,观察有限元模型腰椎L1～2段的位移、应力、应变的分布变化情况;观察骨水泥体积的增加对有限元椎体模型位移、应力、应变的分布的影响.主要观察指标:①不同负载下有限元模型腰椎L1～2段的位移、应力、应变的分布变化情况.②骨水泥体积的增加对有限元椎体模型位移、应力、应变的分布的影响.结果:①在轴向负载下L1～2段的应力应变随着负载的增大而增大,在椎间盘的右侧部有很大的应力应变集中.而这一区域也是在负载情况下经常发生损伤的部位.在椎间盘上应力的大小取决于应用于椎体单元负载的大小.负载越大,应力越大.②通过椎间盘上接触应力的增加,随着骨水泥体积的增加导致了临近椎体的负载转移.结论:建立了椎体成形手术前后L1～2段椎体三维有限元模型,在有限元模型上计算腰椎L1～2相对位移可以说明椎体三维的生理状态.这一仿真计算也能清楚地显示椎体应力应变的分布和术前术后的变形.
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应用Mimics软件建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后的有限元模型
背景:双侧升支矢状劈开截骨术是正颌外科常见的治疗方法之一,有限元法成为研究双侧升支矢状劈开内固定后生物力学的重要方法.目的:快速建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后有限元模型,寻求一种更为快捷、精确的矢装劈开内固定的三维有限元模型,为研究下颌骨矢装劈开内固定后生物力学打下基础.方法:应用薄层CT,Dicom 标准和Mimics 软件,结合MSC.Patran 三维有限元专用软件对CT 断层影像进行分析处理.结果与结论:建立了精确的下颌骨双侧矢装劈开内固定后三维有限元模型.使用Dicom 标准和Mimics 软件获取三维模型,直接写入MSC.Patran 三维有限元软件,提高了建模效率.提示薄层CT、Dicom 标准的应用使得有限元模型的建立更为精确,同时Mimics 软件直接建立矢装劈开内固定三维模型,极大程度提高了建模效率,为生物力学分析打下基础.
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髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型的建立和分析
背景:目前有关髌骨骨折内固定的生物力学研究大多集中在尸体标本上,应用现代有限元法进行分析的报道较少.目的:建立髌骨骨折AO张力带内固定的三维有限元模型,并对所建模型进行有限元力学分析.方法:选择1名成年女性志愿者,行下肢薄层CT扫描,将图像数据导入Mimics 10.01 软件通过Region growing提取右侧髌骨polylines,导入Geomagic studio 10.0建立髌骨几何模型.将髌骨几何模型导入PRO/E 2.0软件中,利用软件中的分割功能模拟髌骨骨折,利用软件中的扫描功能,生成两根折弯的克氏针和环形钢丝,建立三维髌骨骨折AO张力带内固定模型,导入ANSYS中建立三维有限元模型,模拟屈膝90°髌股关节作用力600 N进行有限元分析,分析其位移及变形特点.结果与结论:AO张力带有多向加压作用,及明显对抗股四头肌向上拉应力的作用.提示有限元分析结果与生物力学结果相符,建立的髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型有效,有助于更全面了解张力带内固定髌骨骨折的生物力学原理,为临床治疗提供借鉴.
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建立正常人C2～7的三维有限元模型
背景:随着计算机技术的发展,颈椎生物力学研究不再局限于动物或人体尸体实验,计算机模型可以进行更准确的生物力学研究.目的:存已有研究的基础上,建立人体C2～7三维有限元模型,以期为颈椎前路分节段减压融合的生物力学研究提供参考数据.方法:选择1名28岁健康男性志愿者为观察对象,无明显的颈椎病史,扫描前先拍摄颈椎正侧位、斜位、过伸过屈位X射线片以排除颈椎病变.首先根据志愿者CT扫描图片,采用计算机辅助设计数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C2～7三维有限元模型.模型重建采用先进的Geomagics系统,可以准确模拟颈椎结构,有限元部分则采用广泛使用的ANSYS系统.其次在1.8 N·m作用力下,观察节段运动与力-位移反应,并与国外的实验结果对比,在前屈、后伸、侧弯和旋转等4种工况(载荷状态)下对模型进行验证.结果与结论:整个模型包括C2～7六个椎体、C2/3～6/7五个椎间盘以及后部结构与主要韧带,共有23 348个节点和215 749个单元.在模拟外力的作用下,模型前屈、后伸、侧弯和旋转工况下的颈椎活动度与以往实验模型结果数据基本吻合.提示所建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验,进行生物力学分析.
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基于CT图像构建的腰椎三维有限元模型
背景:与实验生物力学研究相比,有限元分析方法具有独特的优越性.如何准确地构建腰椎节段有限元模型是有限元分析的关键.目的:建立人体腰椎三维有限元模型用于生物力学分析.方法:利用GE 64排螺旋CT对成年男性腰部进行扫描,得到351层DICOM格式断层图像,应用Mimics软件进行三维重建,将所得模型以.stl格式导入Solidworks,生成实体模型,后导入Ansys赋予材料属性并划分网格,得到便于分析的有限元模型.与体外生物力学实验数据对比,完成模型验证.结果与结论:成功地建立了表面光滑、外观逼真的腰椎有限元模型.该模型共有144 411个节点,88 742个单元,具有较高的准确性,且可以方便地施加约束和载荷,进行有限元分析.为临床腰椎三维有限元模型建立提供了一种精确而实用的方法,所建模型可以用来模拟腰椎生物力学实验.
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基于正常人体资料建立胸腰椎多椎体压缩性骨折三维有限元模型
将健康志愿者扫描所得的胸腰段210层Dicom格式CT图像直接读入Mimics后,界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理去除冗余数据,三维化处理后获得胸腰段三维几何面网格模型,直接导入Ansys划分体网格,再将体网格转入Mimics根据CT值给于赋值,再次导入Ansys添加韧带、关节约束后生成三维有限元模型.在生成的模型上约束L_1下端、在T_(12)上缘由前向后施加位移载荷,运算求解.将单纯T_(12)L_1双椎体压缩性骨折患者的CT扫描图片按同法建立有限元模型,并将2个骨折模型施加拉力力矩验证其有效性.结果显示,建立了外形逼真、生物力学特性全面的胸腰段脊柱椎体压缩性骨折三维有限元模型.结果提示,应用正常人体原始资料,依据骨折受伤机制构建相应骨折有限元模型的方法科学有效.
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Wallis腰椎非融合系统的有限元分析
背景:目前Wallis 非融合系统临床应用短期效果明显.目的 构建Wallis 腰椎非融合系统有限元模型,分析Wallis 腰椎非融合在腰椎不同生理运动情况下的应力分布.方法:选取8 例腰椎间盘轻度退变的志愿者采用连续螺旋CT扫描,导入Materialise Mimics 10.01 软件,三维重建L4~5结果与结论 实验所建立的腰椎三维有限元模型共有233 438 个单元,48 174 个节点;所建立的Wallis 系统的三维有限元模型,共有11 857 个单元,3 398 个节点,将二者拟合,模型共有245 295 个单元,51 572 个节点,重建的三维模型可以精确地模拟Wallis 非融合系统固定情况.通过应力云图显示前屈、后伸、侧屈及旋转运动下Wallis 系统的应力分布情况,此模型说明Wallis 系统参与了腰椎不同方向的活动,与腰椎很好地匹配,顺应了腰椎的运动,位于上下棘突之间的部分应力较大,且与下位椎体棘突相接触部分的应力高.说明应用CT 扫描技术及Mimics 软件能直接与Abaqus 软件进行对接,并能根据CT 值直接赋值使Wallis 腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷和精确,Wallis 棘突间撑开器植入后可分担椎间盘应力和小关节压力,Wallis 系统本身和棘突应力升高,有棘突骨折及植入物疲劳性断裂的可能性.椎体及椎间盘三维模型,与文献结果进行对比,验证模型有效性.在AutoCAD 2009 软件中建立Wallis系统模型,导入Materialise3-Matic 4.3 软件,将重建的Wallis模型按标准手术模式与腰椎模型拟合,导入Abaqus 6.9 软件,生成有限元模型,并进行分析腰椎前屈、后伸、侧屈及旋转运动时Wallis腰椎非融合系统的应力变化.结果与结论:实验所建立的腰椎三维有限元模型共有233 438 个单元,48 174 个节点;所建立的Wallis 系统的三维有限元模型,共有11 857 个单元,3 398 个节点,将二者拟合,模型共有245 295 个单元,51 572 个节点,重建的三维模型可以精确地模拟Wallis 非融合系统固定情况.通过应力云图显示前屈、后伸、侧屈及旋转运动下Wallis 系统的应力分布情况,此模型说明Wallis 系统参与了腰椎不同方向的活动,与腰椎很好地匹配,顺应了腰椎的运动,位于上下棘突之间的部分应力较大,且与下位椎体棘突相接触部分的应力高.说明应用CT 扫描技术及Mimics 软件能直接与Abaqus 软件进行对接,并能根据CT 值直接赋值使Wallis 腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷和精确,Wallis 棘突间撑开器植入后可分担椎间盘应力和小关节压力,Wallis 系统本身和棘突应力升高,有棘突骨折及植入物疲劳性断裂的可能性.
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C4～C6颈椎有限元模型的建立和多点力学加载方法
背景:人体颈椎运动是多节段之间相互力学及位移关系的变化,建立多节段有限元模型及多点力学加载方法可以为颈椎生物力学研究提供高精度的模型和科学的计算分析方法.目的:建立人体C4~C6颈椎三维有限元模型,并在此基础上提出多点力学加载方法.方法:以正常人C4~C6颈椎CT图像作为数据源,利用Mimics10.0、Ansys11.0有限元分析软件建立三维有限元模型,对其进行多点力学加载测试,模拟生理状态时颈椎的轴向、屈曲、后伸、侧弯、扭转运动,分析各运动状态下C4~C6颈椎关节突和椎间盘的应力和位移改变.结果与结论:建立的C4~C6颈椎有限元模型几何形态逼真,重现了C4~C6颈椎节段解剖结构外形,整体显示直观,表面无过多简化,建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性.应力Se、Sz在不同加载工况时,前屈/后伸>侧弯>轴向加载.轴向加载载荷明显小,导致应力位移水平低.提示应用正常人体原始资料构建的C4~C6颈椎有限元模型以及多点力学加载分析的方法科学有效,为颈椎的生物力学研究提供了高精度模型和科学的计算分析方法.
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足部结构有限元模型的建立与应用
背景：有限元分析克服传统标本力学分析的不利因素，用于研究足部的生物力学研究有独特的优势，是对足部损伤、病理及治疗的临床研究的重要基础。目的：回顾现有的一些具有代表性的足部有限元模型，就构建具有生物力学特性足部有限元模型的方法做一综述。方法：以“有限元模型，生物力学，足结构”为检索词，检索1999至2015年CNKI数据库、万方数据库、PubMed数据库。根据相关资料的阅读和学习，总结国内外学者建立足部有限元模型的方法，包括足部建模数据的获取、实体模型的建立、模型材料属性的设定方法等；总结了足部有限元分析法在运动生物力学以及医疗辅具中的应用现状，指出了有限元法在足部生物力学中应用的特点、不足、模型重建中现有模型不完善的地方及需深入研究的问题。结果与结论：①目前对足部生物力学的研究己经取了不少研究成果和发现，足部有限元模型为足部的生物力学分析、损伤模拟等研究提供了一数字平台；②有限元模型建立过程中，从医学图像到直接可用于有限元分析的数值模型必须同时借助多种关键技术来实现，包括自适应的图像分割方法、六面体网格生成方法和多材质有限元建模等；③不同的约束条件、图像采集精确度，有限元计算的结果等可能会影响建模的结果，需要通过不同技术和验证方法的不断改进来增加有限元模型的可靠性。
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人体头颈部冲击的生物力学研究及有限元模拟
文章阐述了人体头颈部冲击生物力学研究的重要意义,介绍了冲击生物力学的基本概念和研究方法;其中,重点介绍了计算机模型,特别是有限元生物力学模犁在人体头颈部结构研究和冲击模拟中的重要作用.同时详细介绍了目前国内外头颈部冲击生物力学以及有限元模型的研究情况,分析了目前在人体头颈部冲击有限元生物力学模型研究方面存在的问题,并提出了今后在人体头颈部冲击有限元生物力学模拟研究中所要进行的工作.
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虚拟现实技术在髋臼手术中的应用
背景:目前国外已经对医学虚拟现实,尤其是在虚拟医学手术仿真训练等方面都进行了一定的研究和实践,但并不能完全适应骨科手术的临床需要.而髋臼骨折因其复杂性治疗困难,临床医师选择适当治疗方案和手术入路的主要依据来源于影像学检查,常难以准确判断空间立体关系.目的:综合分析虚拟现实技术在髋臼手术中的应用情况.方法:作者于2010-10通过互联网计算机检索了中国期刊全文数据库(CNKI)、PubMed数据库、万方数据库及维普数据库1980-01/2010-10以中文或英文公开发表的有关髋臼虚拟手术系统研究方面的论文,以有限元模型(Finite element model)、髋臼骨折(Acetabular fracture)、虚拟手术(Virtual Surgery)为检索词,排除方法重复、相关参数未做详细介绍的论文.结果与结论:初检得到115篇文献,保留其中32篇文献进一步分析.结果显示,髋臼虚拟手术系统可对髋臼的复杂特性进行分析,并提供在三维虚拟空间进行交互操作,以方便医生对患者的病患部位进行观察和虚拟的手术模拟,从而做出及时、准确的诊断并确定手术方案.建立可供骨科手术和手术前规划使用的虚拟平台,在医学骨科手术教学和仿真训练等方面都有良好的应用前景.
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数字化设计在脊柱疾病中的应用
背景:随着医学影像设备和计算机科技的不断发展,三维医学图像处理技术及三维可视化技术被应用于临床的范围在不断扩大.目前,实现定量诊断、手术模拟与手术预测等技术,为医学诊断和治疗提供了有力的支持.目的:多层次探讨分析数字化设计脊柱疾病应用中的研究文献资料.设计:以SCI数据库文献进行文献计量学研究.资料提取:以"三维重建(three-dimensional reconstruction);三维测量(three-dimensional measurement);有限元模型(finite element model);脊柱疾病(spinal disease);脊柱(spine);腰椎(lumbar vertebrae)"为关键词,检索SCI数据库2001-01/2010-12的相关文献,并将分析结果及资料导出,以文字和图表的形式进行统计和结果分析,描述其分布特征.入选标准:纳入标准:检索与数字化设计在脊柱疾病中的应用相关文献.文献类型包括:①研究原著.②会议文章.③综述.④会议摘要.⑤编辑素材.⑥快报.排除标准:①与文章目的无关的文献.②发表大于10年较陈旧的文献.③未发表的文章.主要数据判定指标:以出版时间、国家地区分布、机构分布、文献类型、来源期刊、文献被引情况、基金资助情况、学科类别以及发表文献的作者分布进行相关分析.结果:SCI数据库2001/2010共检索到598篇数字化设计在脊柱疾病中的应用的相关文献,研究原著以475篇位居首位,其中有7篇可以确定为经典文献,2001/2010文献数量呈总体上升趋势,Spine<脊柱>杂志发表文献量多,81篇,占全部文献的13.55%.结论:分析SCI数据库关于数字化设计在脊柱疾病中的应用文献,为了解该领域的现状、趋势和研究者进一步确定热点难点可提供有价值的参考数据.
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全髋关节置换假体不同角度的生物力学特点
背景:全髋关节置换是临床上常用的治疗方法,但是治疗时难以准确的判断出骨盆的准确方位,治疗后容易造成骨盆位置变动,并且植入假体后容易产生明显的角度偏差,难以判断假体的准确位置和方向.目的:研究全髋关节置换假体位置的角度及生物力学特性.方法:①对1名男性志愿者进行CT扫描,建立骨盆有限元模型,采用股骨柄前倾角为0°、20°和25°联合髋臼杯前倾35°、15°及10°三种不同的联合前倾技术进行全髋关节置换,给予240 N的力学加载,测定其峰值Von Mises应力;②取6具尸体标本,假体位置角度与志愿者相同,在240 N载荷下,利用电阻应变片技术测量股骨柄周缘骨皮质和髋臼前后壁应变情况.结果和结论:①股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下髋臼峰值Von Mises应力变化升高25.7%;股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下髋臼杯峰值Von Mises应力为135.21 MPa;股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下髋臼峰值Von Mises应力为68.3 MPa;股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下髋臼杯峰值Von Mises应力为134.2 MPa;股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下内衬峰值Von Mises应力为6.8 MPa;股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下内衬峰值Von Mises应力为3.9 MPa;股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下内衬峰值Von Mises应力为6.7 MPa;股骨柄前倾角为0°髋臼杯前倾35°下股骨柄峰值Von Mises应力为127.1 MPa;股骨柄前倾角为20°髋臼杯前倾15°下股骨柄峰值Von Mises应力为100.2 MPa;股骨柄前倾角为25°髋臼杯前倾10°下股骨柄峰值Von Mises应力为128.2 MPa;②0°-35°和25°-10°股骨柄周缘骨皮质和髋臼前后壁应变,显著大于20°-15°.提示在股骨柄前倾20°联合臼杯前倾15°效果理想,有助于关节功能恢复.
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一体化假肢与传统假肢生物力学模型的比较
目的:应用有限元方法分析一体化假肢与传统假肢的应力分布特点,探讨一体化假肢的应力缓冲作用.方法:基于针对同一膝下截肢者设计的一体化假肢和传统假肢的真实几何构形,分别建立三维有限元模型,同时考虑残肢和接受腔之间的接触作用,选用摩擦系数为0.5.施加Heel Off步态时相的载荷,比较分析一体化假肢和传统假肢模型的应力分布.结果:①一体化假肢和传统假肢模型中,接受腔的应力分布基本一致,各区域的应力值也较为接近.接受腔和假腿的过渡区域都为高应力区;两个模型在此区域的应力值则差异较大,一体化假肢的大应力分别为16.1 MPa和17.8 MPa,而传统假肢则达到23.7 MPa和28.6 MPa,传统假肢的应力分别高于一体化假肢47.2%和60.7%.高应力区的面积也呈现出传统假肢明显大于一体化假肢的现象,传统假肢的高应力区从前端和后端一直延伸到外侧面.②两个模型软组织表面的应力分布规律基本一致,大正应力和大剪应力都出现在正面末端.传统假肢模型中残肢表面的大正应力和大剪应力分别为581.2 kPa和178.7 kPa,一体化假肢模型中残肢表面的大正应力和大剪应力分别为416.8 kPa和118.3 kPa.结论:一体化假肢的外形美观,且价格低廉,轻便,易于截肢者接受.一体化假肢在接受腔和假腿的过渡区域产生较为明显的应力缓冲作用,也降低了残肢表面的应力,生物力学性能明显优于传统假肢,将成为未来假肢发展的一个重要方向.
