基于Mimics人體膝關節(jié)有限元模型的研究.pdf

1、研究人體膝關節(jié)解剖結構和生物力學特性對于了解骨折發(fā)生機制、制定出手術規(guī)劃、術后康復和假體設計等具有重要作用，本文擬采用有限元法研究人體膝關節(jié)的生物力學特性。
　　 本文的主要工作就是基于Mimics建立膝關節(jié)三維有限元模型，通過有限元仿真，研究膝關節(jié)各個部分在不同載荷下的應力應變情況。具體內容包括以下幾個方面:
　　 (1)通過濾波平滑處理、圖像分割、圖像的配準和融合對301醫(yī)院提供的CT圖像進行預處理，采用MC算法對膝

2、關節(jié)組織進行等值面提取，構造了其三角形面網(wǎng)格模型;
　　 (2)完成了301醫(yī)院患者膝關節(jié)三維有限元模型的建立，在Mimics中進行編輯蒙板、閾值分割和區(qū)域增長等方法重建了其膝關節(jié)幾何模型，模型包括了脛骨、股骨和髕骨;并利用材料賦值方法對模型的骨密質、骨，松質和骨髓賦予不同的材料屬性;
　　 (3)通過建立的三維有限元模型，計算和分析股骨在正常步態(tài)周期下的動力學分析和模態(tài)分析，討論了載荷對股骨應力分布的影響。分析結果表明

3、，在股骨頭附近1/3處和股骨干中下段的1/3處有應力集中現(xiàn)象;最大位移發(fā)生在股骨頭附近1/3處，這和301醫(yī)院臨床患者的CT情況一致;
　　 (4)模擬了70Kg的成人在人體日常生活條件下，脛骨關節(jié)的仿真計算和膝關節(jié)彎曲0-90°時髕骨受力情況?？梢钥闯鲈诿劰瞧脚_下端2/3出現(xiàn)了應力集中現(xiàn)象;內外側都有向下的塌陷，且外側相對于內側更加明顯;當外載荷大于3倍體重時，脛骨就會很容易發(fā)生骨折;在髕骨下極約束后，在載荷作用下，下極有應力

4、集中現(xiàn)象，此處是發(fā)生骨折的部位，這些情況和臨床實際情況也相吻合;
　　 綜上所述，本文建立了全膝關節(jié)的模型，對其骨性部分加載進行有限元分析。通過和其他學者研究的數(shù)據(jù)、臨床情況進行了比對，證實了模型的準確性和有效性。同時本文的研究成果為假體置換提供了可靠的參考數(shù)據(jù);也為進一步研究膝關節(jié)生物力學特性提供一定的參考依據(jù);對于了解日?；顒訉οリP節(jié)的影響也有著重要的意義;對于膝關節(jié)置換和臨床應用也有重要的學術意義和市場價值。