人股骨近端空間結(jié)構(gòu)三維重建及力學(xué)性能的三維有限元分析.pdf

1、目的：(1)重建人股骨近端骨內(nèi)空間結(jié)構(gòu)三維可視化模型。(2)建立股骨近端松質(zhì)骨有限元模型。(3)應(yīng)用有限元方法研究不同載荷和偏軸角對股骨近端松質(zhì)骨空間結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變分布和力學(xué)性能的影響。
　　 方法：(1)選取死于心血管疾患女尸一側(cè)股骨制備干骨(天津醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供1，于股骨近端垂直截取長200mm的標(biāo)本。取厚度為10mm的120mm×120mm×250mm長方形聚甲基丙烯酸甲酯材料，以螺釘、螺母將固定于方形鑄鐵塊的聚甲基

2、丙烯酸甲酯底板，以Maktec充電式手鉆在距標(biāo)本底部15mm處交叉打孔打入直徑2mm克氏針固定用，用快凝牙托水，自凝牙托粉對標(biāo)本其進(jìn)行包埋，制成人股骨上段實(shí)驗(yàn)用模型，并設(shè)定標(biāo)記點(diǎn)。(2)應(yīng)用M618型臥軸矩臺(tái)平面磨床以50μm/層逐層磨削股骨實(shí)體標(biāo)本，吹風(fēng)機(jī)清潔后，每50μm/層利用BENQ550 T掃描儀進(jìn)行掃描，掃描成大小5*5英寸，像素3000*3000，灰度級8bit的二維灰度圖像和大小5*5英寸，像素3000*3000，24位

3、真彩圖像。重復(fù)以上步驟，直至將小轉(zhuǎn)子磨削完。(3)利用MATLAB軟件，將獲得的圖像配準(zhǔn)對齊，并轉(zhuǎn)化為二值化的BMP圖像，利用MIMICS將二值化的BMP圖像疊加，并進(jìn)行閾值切割，區(qū)域增長分割，手工操作等，最終創(chuàng)建獲得人股骨上段內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維有限元模型。計(jì)算樣本三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中包括：骨體積分?jǐn)?shù)、骨表面積體積比、骨小梁厚度、骨小梁數(shù)目、骨小梁間隙。(4)建立人股骨近端松質(zhì)骨三維有限元模型，在有限元分析軟件中模擬松質(zhì)骨的力學(xué)壓縮試驗(yàn)，觀

4、察松質(zhì)骨試件應(yīng)力、應(yīng)變分布，探討不同載荷和偏軸角度對松質(zhì)骨生物力學(xué)性能的影響。
　　 結(jié)果：用本方法獲得了清晰的骨小粱三維結(jié)構(gòu)模型，真實(shí)重建了股骨近端的解剖形態(tài)，建立了人股骨近端松質(zhì)骨三維有限元模型。分析表明，沿主壓力方向骨小梁的三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)隨著距股骨頭關(guān)節(jié)面距離的變化而變化。不同載荷和不同偏軸角度下松質(zhì)骨試件的最大有效應(yīng)力及其≥5000μstrain區(qū)域的比例存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，應(yīng)變量越大或偏軸角度越大，≥5000μstrai