人股骨近端空間結構三維重建及力學性能的三維有限元分析.pdf

1、目的：(1)重建人股骨近端骨內空間結構三維可視化模型。(2)建立股骨近端松質骨有限元模型。(3)應用有限元方法研究不同載荷和偏軸角對股骨近端松質骨空間結構應力、應變分布和力學性能的影響。
　　 方法：(1)選取死于心血管疾患女尸一側股骨制備干骨(天津醫(yī)科大學解剖教研室提供1，于股骨近端垂直截取長200mm的標本。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，自凝牙托粉對標本其進行包埋，制成人股骨上段實驗用模型，并設定標記點。(2)應用M618型臥軸矩臺平面磨床以50μm/層逐層磨削股骨實體標本，吹風機清潔后，每50μm/層利用BENQ550 T掃描儀進行掃描，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。重復以上步驟，直至將小轉子磨削完。(3)利用MATLAB軟件，將獲得的圖像配準對齊，并轉化為二值化的BMP圖像，利用MIMICS將二值化的BMP圖像疊加，并進行閾值切割，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部結構三維有限元模型。計算樣本三維空間結構參數(shù)。其中包括：骨體積分數(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骨三維有限元模型，在有限元分析軟件中模擬松質骨的力學壓縮試驗，觀

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