基于Mimics人體膝關(guān)節(jié)有限元模型的研究.pdf

1、研究人體膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特性對(duì)于了解骨折發(fā)生機(jī)制、制定出手術(shù)規(guī)劃、術(shù)后康復(fù)和假體設(shè)計(jì)等具有重要作用，本文擬采用有限元法研究人體膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。
　　 本文的主要工作就是基于Mimics建立膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，通過(guò)有限元仿真，研究膝關(guān)節(jié)各個(gè)部分在不同載荷下的應(yīng)力應(yīng)變情況。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)通過(guò)濾波平滑處理、圖像分割、圖像的配準(zhǔn)和融合對(duì)301醫(yī)院提供的CT圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用MC算法對(duì)膝

2、關(guān)節(jié)組織進(jìn)行等值面提取，構(gòu)造了其三角形面網(wǎng)格模型;
　　 (2)完成了301醫(yī)院患者膝關(guān)節(jié)三維有限元模型的建立，在Mimics中進(jìn)行編輯蒙板、閾值分割和區(qū)域增長(zhǎng)等方法重建了其膝關(guān)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(duì)模型的骨密質(zhì)、骨，松質(zhì)和骨髓賦予不同的材料屬性;
　　 (3)通過(guò)建立的三維有限元模型，計(jì)算和分析股骨在正常步態(tài)周期下的動(dòng)力學(xué)分析和模態(tài)分析，討論了載荷對(duì)股骨應(yīng)力分布的影響。分析結(jié)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(yīng)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(guān)節(jié)的仿真計(jì)算和膝關(guān)節(jié)彎曲0-90°時(shí)髕骨受力情況。可以看出在脛骨平臺(tái)下端2/3出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象;內(nèi)外側(cè)都有向下的塌陷，且外側(cè)相對(duì)于內(nèi)側(cè)更加明顯;當(dāng)外載荷大于3倍體重時(shí)，脛骨就會(huì)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(yīng)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(shí)際情況也相吻合;
　　 綜上所述，本文建立了全膝關(guān)節(jié)的模型，對(duì)其骨性部分加載進(jìn)行有限元分析。通過(guò)和其他學(xué)者研究的數(shù)據(jù)、臨床情況進(jìn)行了比對(duì)，證實(shí)了模型的準(zhǔn)確性和有效性。同時(shí)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(jìn)一步研究膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性提供一定的參考依據(jù);對(duì)于了解日?；顒?dòng)對(duì)膝關(guān)節(jié)的影響也有著重要的意義;對(duì)于膝關(guān)節(jié)置換和臨床應(yīng)用也有重要的學(xué)術(shù)意義和市場(chǎng)價(jià)值。