基于CT图像建立可供动态力学模拟分析的股骨头坏死有限元模型

摘要：

目的:建立股骨头坏死的有限元模型,分析股骨头坏死的内部应力分布及力学特征,为股骨头坏死塌陷的预防提供生物力学依据.方法:选取标准成年男性左侧股骨头坏死自愿者1例,采用16排螺旋CT对患者双髋关节进行扫描,获得DICOM3.0格式的股骨头图像原始数据,利用Amira软件、Geomagic Studio软件、Ansys软件,建立坏死股头与正常股骨头有限元模型,分析慢步走时坏死股骨头与正常股骨头不同部位及不同骨质的力学特征.结果:建立坏死股骨头和正常股骨头三维有限元模型,分别根据是否区分皮质骨和松质骨,划分其总体节点数和单元数,并针对不区分和区分松质骨及密质骨的两类模型,分别计算总网格数为4 513 322和3 132 783的加密网格模型,二者在等效应力分布上趋势一致,最大等效应力相差4.3％.坏死股骨头模型最大应力值均小于正常股骨头模型,尤其是在区分松、密质骨时更为明显,最大应力值从52.110 3 MPa降低到30.106 9MPa;坏死股骨头模型的最大位移值为1.006 9 mm,明显大于正常股骨头模型的0.583 6 mm.结论:建立了较好几何和物理相似性的、可重复应用、可供动态力学模拟分析的股骨头坏死有限元模型,相比正常股骨头建模,股骨头坏死模型建立时,将松质骨和皮质骨材料区分赋值更有必要.

关键词：股骨头坏死、有限元模型、生物力学、股骨头塌陷、CT图像

所属期刊栏目：24

分类号：R681.8(骨科学（运动系疾病、矫形外科学）)

资助基金：国家自然科学基金;北京市自然科学基金

在线出版日期：2016-10-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：5-10