骨應力重建仿真研究.pdf

1、骨應力重建仿真，是一個多學科交叉的研究領域，它涉及固體力學、有限元仿真技術以及骨科醫(yī)學領域的相關知識。骨應力重建仿真在醫(yī)學診斷、醫(yī)學內(nèi)植物設計與制造、手術規(guī)劃和骨科疾病治療等方面有重要應用。因此，骨應力重建仿真的研究，具有重要的學術意義和應用價值。 本課題主要研究內(nèi)容包括骨有限元模型前處理，如CT圖像中提取有限元模型和合理網(wǎng)格劃分等；建立骨重建數(shù)值仿真中的控制方程；重建模型在不同骨骼、工況下的應用，如步態(tài)下股骨的重建、牙齒正畸過

2、程中牙弓的重建和植入手術后骨的重建仿真等。 骨重建實際上是一個復雜的生理過程，呈現(xiàn)出材料與邊界條件的非線性特征，既有生理狀況控制的生長因素，又有外部應力刺激而產(chǎn)生的力學調(diào)控。本算法模型根據(jù)每個有限單元上的應變能，通過一系列的數(shù)值調(diào)控過程，計算出每個單元新的骨密度、彈性模量和泊松比值并賦予對應單元，使之參與下一輪歐拉前項迭代計算。試驗證明重建算法是收斂的，針對不同的有限元模型，模擬了300到3000天后骨骼重建的結(jié)果，通過對比CT

3、圖片和前人仿真結(jié)果，都達到了較為滿意的結(jié)果。 論文采用逆向工程方法，提取CT圖片組中關鍵信息并轉(zhuǎn)化為三維有限元模型，對其做合理的網(wǎng)格劃分并賦予模型初始參數(shù)。計算了二維股骨在外界靜載荷工況下3000天的重建，結(jié)果與真實股骨截面密度分布非常相似；計算了三維顱頜面骨在咬合力與擴弓狀態(tài)下的300天重建，對比單層CT圖片獲得滿意結(jié)果；計算了三維股骨在循環(huán)步態(tài)下(含肌肉力與關節(jié)力)的300天重建，通過探討骨干路徑區(qū)域密度與應力分布，認為是符