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1、目的:通過(guò)建立正常髖關(guān)節(jié)及股骨頭坐姿撞擊骨折骨缺損后的髖關(guān)節(jié)肌肉骨骼系統(tǒng)生物力學(xué)模型,并采用有限元分析法對(duì)髖關(guān)節(jié)應(yīng)力應(yīng)變及位移等進(jìn)行分析,以期對(duì)臨床治療方法的選擇提供一定的指導(dǎo)。 方法:采用第二代中國(guó)人“溫州男性第23號(hào)”髖部CT數(shù)據(jù),掃描層厚1.25mm,將CT數(shù)據(jù)輸入Mimics10.0三維重建軟件,生成髖骨、股骨上端的三維實(shí)體模型。將骨性實(shí)體模型輸入Geomagics5.0逆向工程軟件,利用平移、旋轉(zhuǎn)、放縮等圖形編輯工具進(jìn)
2、行優(yōu)化。根據(jù)股骨頭骨折的最常見損傷機(jī)制汽車儀表盤損傷(Dash-board injury)來(lái)建立股骨頭骨折骨缺損的模型。在股骨頭與髖臼后壁接觸時(shí),患肢前屈90°、內(nèi)收30°,前屈90°、內(nèi)收20°,前屈90°、內(nèi)收10°三個(gè)體位,作為股骨頭骨折截骨的界定平面,分別建立三種骨折狀態(tài)的股骨頭實(shí)體模型。最后,將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS11.0有限元分析軟件,建立各類髖關(guān)節(jié)肌肉骨骼系統(tǒng)分析模型。模擬雙足支撐平衡直立時(shí),正常狀態(tài)下和三種骨折狀態(tài)下髖
3、關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力和位移的分布情況。正常狀態(tài)和三種骨折狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)模型約束及載荷如下:在骶髂關(guān)節(jié)處和恥骨結(jié)合部施加三向約束;在股骨下端施加大小為1/2體重,即65公斤/2,637牛頓/2的荷載。在此約束及載荷下應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS11.0計(jì)算正常狀態(tài)下和三種骨折狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力和位移的分布。 結(jié)果:正常狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)整體及接觸部位von Mises應(yīng)力與位移云圖分布示:髖關(guān)節(jié)整體最大von Mises應(yīng)力為4.407Mpa,
4、最大位移為0.547mm。股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)力為0.548Mpa,最大位移為0.505mm。正常狀態(tài)下接觸部位的von Mises應(yīng)變?cè)茍D分布示:股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)變?yōu)?.0143。第一種骨折狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)整體及接觸部位的von Mises應(yīng)力與位移云圖分布示:髖關(guān)節(jié)整體最大von Mises應(yīng)力為4.380Mpa,最大位移為0.670mm。股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)力為0.553Mpa,最大
5、位移為0.622mm。第一種骨折狀態(tài)下接觸部位的von Mises應(yīng)變?cè)茍D分布示:股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)變?yōu)?.0142。第二種骨折狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)整體及接觸部位的von Mises應(yīng)力與位移云圖分布示:髖關(guān)節(jié)整體最大von Mises應(yīng)力為4.097Mpa,最大位移為0.721mm。股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)力為0.578Mpa,最大位移為0.656mm。第二種骨折狀態(tài)下接觸部位的von Mises應(yīng)變?cè)茍D分布示:
6、股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)變?yōu)?.0152。第三種骨折狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)整體及接觸部位的von Mises應(yīng)力與位移云圖分布示:髖關(guān)節(jié)整體最大von Mises應(yīng)力為4.049Mpa,最大位移為0.776mm。股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)力為0.601Mpa,最大位移為0.734mm。第三種骨折狀態(tài)下接觸部位的von Mises應(yīng)變?cè)茍D分布示:股骨接觸部位最大von Mises應(yīng)變?yōu)?.0155。 結(jié)論:第一種骨折狀
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