收藏本站
《第一军医大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

髋臼后壁骨折的三维有限元模型构建与应力分析

梅良斌  
【摘要】: 研究目的 通过构建髋臼三维有限元模型,研究如何提高数字化力学模型的仿真度,分析影响有限元骨骼模型仿真度的主要因素。将髋臼有限元模型按不同面积后壁骨折进行拆分,加载并分析髋臼在后壁完整及不同面积骨折情况下应力大小及分布变化;同时探索利用数字化力学模型进行生物力学实验的方法。 1、正常髋臼三维有限元模型的构建:通过对大体标本进行薄层CT扫描,利用相关软件重建三维可视髋臼,研究利用平面图像重建高仿真三维影像的方法;再利用有限元分析软件将髋臼力学参数赋值于可视模型上,使其具备力学性能,同时研究如何改进赋值方法,使有限元模型力学性能更接近于大体标本。 2、髋臼后壁骨折有限元模型的加载与应力分析:根据临床髋臼后壁骨折常见部位,按不同后壁骨折面积将髋臼三维有限元标本进行拆分,再分别进行加载测试,获取模型应力分布图,记录髋臼各壁的应力改变。结合临床病例资料,分析后壁骨折对髋臼受力分布的影响,对髋臼后壁骨折的整复提出建议,同时研究利用数字化有限元模型替代传统大体标本进行生物力学实验的方法。 实验方法 1、选择新鲜成人男性大体骨盆标本一具,先行X线检查以排除损伤、退变等病理变化;再对标本进行螺旋CT扫描,成像过程中要求标本保持相对静止。获取骨盆系列断层图像,将图像按顺序导入利用Mimics10.01软件,重建骨盆三维可视模型;再利用FreeForm软件对模型进行修饰处理,并截取髋骨模型;然后将三维髋骨以IGES格式导入有限元软件Ansys8.0进行力学参数赋值,建立髋臼三维有限元模型。 2、按髋臼骨折Letournel分类标准并根据临床髋臼后壁骨折病例常见骨折线位置,进行简化设定,依次按后壁1/3,2/3,3/3面积骨折将髋臼三维有限元模型后壁进行拆分,获得三种髋臼后壁骨折状态的有限元模型;再模拟双足直立位对髋骨约束设定,分别对后壁正常及不同面积骨折状态模型进行加载,获取各模型应力分布图并记录臼顶负重区、髋臼前壁和剩余后壁在不同后壁骨折状态下应力分布大小及改变。 结果 1、正常髋臼三维有限元模型 通过Mimics10.01软件对骨盆断层CT图像进行三维重建,获得骨盆三维可视模型;然后在FreeForm软件系统中对模型进行修饰,平滑模型表面,设定各受力面与界线;并成功截取出髋骨三维可视模型;再将模型导入Ansys8.0中进行各部分材料赋值及网格划分,建立了正常髋臼三维有限元模型,共含节点69440个,三维四面体单元45209个。 2、正常髋臼及不同面积后壁骨折条件下应力分布情况 按设定骨折线在模型上将髋臼后壁进行拆分后获得髋臼后壁1/3、2/3、3/3骨折的三维可视模型和有限元网格模型。模拟双足直立位,在骶髂关节面垂直向下加载,载荷为300N。正常髋臼模型测试后应力分布图显示骶髂关节面中下部、髋臼前上方、臼顶及上部后壁存在应力集中区域。骨折模型提取数据分析表明随后壁骨折面积的增大,臼顶负重区应力依次增加20%、26%、33%(相对于髋臼后壁完整状态);以垂直方向应力最为显著;前壁应力依次降低22%、30%、35%;剩余后壁应力依次增加39%、47%、54%。 结论 1、通过Mimics10.01软件、FreeForm软件、Ansys8.0软件,可以利用大体骨骼标本薄层断面图像构建出其三维可视模型与三维有限元模型。该模型具有较高的形态学及力学仿真度,利用骨骼三维有限元模型进行状态设定、加载分析是一种较好地生物力学测试方法,可以在一定程度上代替大体标本,同时具有信息丰富、经济、可重复性好等优点。 2、后壁骨折明显改变了正常状态下髋臼各壁相对均匀的应力分布状态,减弱了髋臼向周边分散负荷的整体效应,使臼顶负重区应力集中,尤其是垂直方向应力增加显著,前壁负重降低,残余后壁应力增加。当髋臼后壁骨折缺损达1/3时,髋关节的负重特征即已发生明显的改变,需要切开复位内固定,修复关节面以维持稳定。
【学位授予单位】:第一军医大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R683

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许硕贵,张春才,苏佳灿,刘晓华,吴亦农,吴建国,薛召军,丁祖泉;天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折和骨不连的三维有限元分析[J];第二军医大学学报;2001年10期
2 苏佳灿,张春才,王家林,禹宝庆,纪方,许硕贵,陈学强,吴建国,丁祖泉;髋臼三维有限元模型的建立[J];第二军医大学学报;2004年03期
3 谭军,万卫平,王鸣鹏,张国桢,朱汉民,贾连顺;应用三维有限元法分析正常人腰椎椎体的应力分布[J];第二军医大学学报;1997年06期
4 张爱平,许书亮,周恩昌;塑形夹板治疗尺桡骨双骨折的有限元分析[J];福建中医学院学报;2002年04期
5 钟世镇;数字人——信息与生命科学结合的新领域[J];科技导报;2005年02期
6 杨安礼,蔡珉巍,洪水棕,樊天佑,林兆华,黄河清,姚勐炜,蔡丰;站、坐位态骨盆应力分布的实验研究[J];生物医学工程与临床;2002年04期
7 陈宗和,苏佳灿,张春才,许硕贵,田甜,张雪松,薛召军,吴建国,丁祖泉;肱骨骨折的三维有限元分析与内固定植入物的选择[J];中国临床康复;2002年24期
8 苏佳灿,张春才,陈维华,王家林,禹宝庆,纪方,许硕贵,陈学强,吴建国,丁祖泉;髋臼三维有限元分析及其生物力学意义[J];中国临床康复;2004年23期
9 苏佳灿,张春才,陈学强,王保华,吴建国,丁祖泉;骨盆及髋臼三维有限元模型材料属性设定及其生物力学意义[J];中国临床康复;2005年02期
10 薛文,王坤正,凌伟;以三维有限元方法分析骨水泥充填成人股骨头坏死区域的力学变化[J];中国临床康复;2005年30期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪光晔,徐斌;改进三点压垫法治疗肱骨髁上骨折预防肘内翻的临床研究[J];安徽中医临床杂志;2003年02期
2 陈德龙;AF钉治疗胸腰椎骨折合并脊髓神经损伤[J];安徽医药;2004年06期
3 应航,吕荣坤;应力环境对骨重建的影响[J];浙江中医学院学报;2000年06期
4 龚星军;卢乐苗;马文央;王倩芬;;手法拔伸结合曲面枕治疗颈椎病108例疗效观察[J];浙江中医药大学学报;2010年02期
5 岳献芳;王立;周峰;;颅内压变化引起的颅骨表面应变分析[J];北京科技大学学报;2006年12期
6 陈以国,王庆林,杜瑞卿,潘玉真,刘延东,冷辉,高允海;背俞穴的椎体间力学相关性研究[J];北京生物医学工程;2004年02期
7 王芳;胡敏;李洪;郭克峰;;种植体支抗辅助快速扩大上颌的三维有限元分析[J];吉林大学学报(医学版);2010年04期
8 刘占芳;李琦;;构建颅骨上颌骨及牙列的三维有限元模型[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年03期
9 郑裕东,王迎军,吴刚,陈晓峰,刘青;生物活性聚乙烯醇羟基磷灰石复合水凝胶的结构与性能[J];材料科学与工程;2002年02期
10 王仁崇;黄伟;甘强;蒋电明;钦斌;聂茂;;腕舟骨芯假体的受力分析研究[J];重庆医学;2008年19期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宋红芳;张庆明;刘志成;;基于CT图像的人体股骨上段有限元模型的建立[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年
2 高相飞;郝智秀;;骨盆Ⅱ型切除重建的三维有限元分析[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
3 单大卯;魏文仪;;股四头肌长度和力臂的实验性研究[A];第十届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2002年
4 席伟;边德满;;重复跑跳运动导致胫腓骨疲劳性骨膜炎的运动生物力学分析[A];第十届全国运动生物力学学术交流大会论文汇编[C];2002年
5 谭祖键;;仿生脉冲电磁场预防性治疗骨质疏松骨生物力学性能改变的实验研究[A];中国药学会全国骨科药物与临床应用学术研讨会论文集[C];2006年
6 张春才;许硕贵;王家林;禹宝庆;王秋根;张秋林;梁雨田;李斯明;王仁;;上肢骨干天鹅型记忆接骨器的设计与临床应用[A];第11届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2003年
7 张春才;许硕贵;张雪松;严望军;王家林;苏佳灿;禹宝庆;沉鸿兴;徐卫东;王秋根;康庆林;张秋林;沈惠良;王爱民;李文锐;梁雨田;李斯明;戴力杨;胡小鹏;李重茂;丁祖泉;吴建国;薛召军;;骨折内固定形式与骨愈合模式的探讨——兼论MO(memory osteosynthesis)概念的提出[A];第11届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2003年
8 苏佳灿;禹宝庆;张春才;陈学强;吴建国;丁祖泉;王保华;;静载荷作用下髋臼三维有限元分析及其生物力学意义[A];第十三届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文集[C];2005年
9 苏佳灿;张春才;禹宝庆;陈学强;吴建国;丁祖泉;;髋臼三维有限元模型的建立[A];第十三届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文集[C];2005年
10 张春才;许硕贵;苏佳灿;禹宝庆;王家林;沈洪兴;徐卫东;刘文德;梁雨田;王爱民;;肱骨近端记忆接骨器的设计与临床应用[A];第十三届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王修文;利用融合器进行骶髂关节融合的研究[D];山东大学;2010年
2 金伟;椎弓根钉棒系统治疗垂直不稳定骨盆骨折的生物力学及临床研究[D];武汉大学;2010年
3 申才良;腰骶部融合的实验和临床研究[D];苏州大学;2001年
4 刘松;股骨头缺血性坏死的表面置换与羟基磷灰石骨水泥植入术的实验与临床研究[D];苏州大学;2001年
5 薄斌;颌面部撞击损伤生物力学及其损伤模型的研究[D];第四军医大学;2001年
6 王胜;电针治疗腰椎间盘突出症的临床与实验研究[D];黑龙江中医药大学;2002年
7 赵剑;腰椎板间撑开减压椎管成形术的解剖基础与生物力学评价[D];第二军医大学;2002年
8 王新伟;可调式中空钛合金人工椎体的研制及相关研究[D];第二军医大学;2002年
9 吴德升;颈椎间融合器椎体间有限融合的基础与临床应用研究[D];第二军医大学;2002年
10 张爱平;力臂式单侧液压调控粘弹性骨折外固定系统对骨干骨折愈合全过程的三维有限元模型实验研究[D];福建中医学院;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马鸿杰;退变性颈椎不稳中Facet关节和椎间盘的退变现象分析[D];郑州大学;2010年
2 王伟兵;股骨和应力调控型带锁髓内钉的有限元分析[D];郑州大学;2010年
3 武慧强;挑灸治疗颈性眩晕的临床观察研究[D];山东中医药大学;2010年
4 江宇强;推拿颈夹脊穴为主治疗神经根型颈椎病的临床研究[D];山东中医药大学;2010年
5 兰国堂;牛痘疫苗致炎兔皮提取物注射液对骨折愈合的影响及其分子机制的实验研究[D];华中科技大学;2010年
6 王增星;活动式颈椎融合器的研制——设计与生物力学试验[D];第一军医大学;2000年
7 余丹丹;气垫枕恢复颈椎曲度生物力学实验[D];福建中医学院;2000年
8 张志明;枕颈融合器械的研制及生物力学研究[D];苏州大学;2001年
9 沈涛;小关节分级切除对腰椎间盘突出症稳定性影响的生物力学及临床研究[D];苏州大学;2001年
10 李雅勋;经皮松质骨螺钉骺板阻滞术(PETS)的实验研究[D];苏州大学;2001年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐飞鸿,彭达仁;塑形弹力夹板的生物力学性能实验[J];长沙交通学院学报;1997年01期
2 张春才,许硕贵,王家林,禹宝庆,王秋根,张秋林,梁雨田,王仁;上肢骨干天鹅型记忆接骨器的设计与临床应用[J];第二军医大学学报;2001年10期
3 许硕贵,张春才,苏佳灿,刘晓华,吴亦农,吴建国,薛召军,丁祖泉;天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折和骨不连的三维有限元分析[J];第二军医大学学报;2001年10期
4 苏佳灿,任可,张春才;应力对骨折愈合的影响及其作用机制[J];第二军医大学学报;2001年10期
5 张绍祥,王平安,刘正津,谭立文,邱明国,李七渝,李恺,崔高宇,郭燕丽,刘光久,单锦露,刘继军,张伟国,陈金华,王健,陈伟,陆明,游箭,庞学利,肖红,谢永明,许忠信,王欲甦,邓俊辉,唐泽圣;首套中国男、女数字化可视人体结构数据的可视化研究[J];第三军医大学学报;2003年07期
6 陆宸照;周泰仁;张海生;曹鹏;;腓骨切除后踝关节损害[J];骨与关节损伤杂志;1992年04期
7 孙月华,侯筱魁,戴克戎;髋臼骨折的三维CT重建[J];骨与关节损伤杂志;1997年02期
8 王序全,李起鸿;机械应力异常与关节软骨退变[J];国外医学.生物医学工程分册;1999年02期
9 钟世镇,朱青安,欧阳钧;国内创伤骨科生物力学研究概况(综述)[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2000年01期
10 钱齐荣,贾连顺,周伟明,黄本才,丁祖泉;坐位骶髂关节面应力分布的三维有限元研究[J];临床骨科杂志;2001年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赖震;费骏;魏威;沈健;余涌杰;;髋臼骨结核三维有限元模型建立及力学分析[J];浙江中西医结合杂志;2011年08期
2 袁元杏;万磊;尹庆水;钟世镇;;中国数字人CT数据颈椎运动节段有限元模型的建立(英文)[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年26期
3 常希会;尹维刚;史增元;袁辉宗;;髋臼前柱骨折后入路拉力螺钉内固定应用解剖及临床应用[J];中国临床解剖学杂志;2011年03期
4 魏高峰;田丰;唐刚;王成焘;;基于超级计算人体骨骼肌系统弯腰搬物整体有限元的建模与仿真[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年30期
5 何剑颖;董谢平;;脊柱生物力学的有限元法研究进展(英文)[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年26期
6 陈展鹏;白波;陈明;;髋关节骨折脱位并坐骨神经损伤患者的手术治疗研究[J];临床医学工程;2011年08期
7 胡迎春;朱慧;;基于分块法的人工髋关节模态分析[J];广西工学院学报;2011年02期
8 余婵媛;伊元夫;唐旭炎;;氧化锆全瓷叠层冠样结构应力分布的有限元分析[J];安徽医学;2011年08期
9 谭瑞昌;范红松;吴方;陈继镛;罗教明;张兴栋;;齿槽型人工髋关节骨应力分布的三维有限元分析[J];生物医学工程学杂志;2011年04期
10 展影;雷新玮;屈瑾;祁吉;;髋关节表面置换术假体柄的不同安放角度与其术后骨折风险相关性的有限元分析[J];国际医学放射学杂志;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王志岩;孙俊英;朱伟;石岩;殷浩;;影响髋臼后壁骨折手术疗效的因素分析[A];第二届华东地区骨科学术大会暨山东省第九次骨科学术会议论文汇编[C];2007年
2 张合春;赵丽华;王贵润;姜玉桂;王志杰;马洪亮;;股骨头骨折伴脱位、髋臼骨折诊治的几个问题探讨[A];第二届华东地区骨科学术大会暨山东省第九次骨科学术会议论文汇编[C];2007年
3 庞清江;张前法;尹振春;;全髋关节置换治疗陈旧性髋臼骨折[A];浙江省中西医结合学会骨伤科专业委员会第十四次学术年会暨省级继续教育学习班论文汇编[C];2008年
4 苏佳灿;张春才;陈维华;王家林;禹宝庆;纪方;许硕贵;陈学强;吴建国;丁祖泉;;髋臼三维有限元分析及其生物力学意义[A];第十六届全国中西医结合骨伤科学术研讨会暨中西医结合手法治疗骨伤科疾病新进展学习班论文汇编[C];2008年
5 李明;顾苏熙;朱晓东;贺石生;吴大江;王传锋;陈自强;;椎弓根螺钉不同置钉策略的生物力学比较分析[A];第三届中西医结合脊柱及相关疾病学术年会论文集[C];2009年
6 余嘉;张明;;高跟鞋对足部的生物力学影响的三维有限元分析[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年
7 苏佳灿;张春才;禹宝庆;陈学强;吴建国;丁祖泉;;髋臼三维有限元模型的建立[A];第十四届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文集[C];2006年
8 刘广建;孟惠荣;;UHMWPE髋臼的有限元计算分析[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
9 陈学强;吴建国;苏佳灿;;基于形态特征的人体髋臼三维快速建模及其生物力学分析[A];第七届全国生物力学学术会议论文集[C];2003年
10 马文阁;李丽萍;王宇衡;;电磁场数值计算小波算法的有限元模型[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 甘勃;樊瑜波:科学“交叉”[N];大众科技报;2011年
2 谢明霞;传统正骨高效又安全[N];科技日报;2004年
3 本报记者 王敬霞;髋臼先天异常可致骨关节炎[N];保健时报;2005年
4 任效良;科大科研成果填补国际空白[N];北方经济时报;2007年
5 冯海波;“中国数字人男1号”在此诞生[N];广东科技报;2007年
6 戴丽昕;人生如棋 落子无悔[N];上海科技报;2008年
7 王书亭;CAE促机电产品研发创新[N];计算机世界;2006年
8 韩李云;银刀飞舞寄深情[N];科技日报;2009年
9 ;先天性髋脱臼早治无憾[N];保健时报;2004年
10 王美宽;运动品牌重视核心竞争力塑造[N];中国服饰报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王瑞;椎体成形的实验研究和临床应用[D];第一军医大学;2005年
2 宋朝晖;髋臼骨折对髋关节生物力学行为的影响及相关研究[D];河北医科大学;2004年
3 王庆贤;髋臼骨折的生物力学及相关研究[D];河北医科大学;2003年
4 赵少飞;复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究[D];大连理工大学;2006年
5 沈显峰;多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D];四川大学;2005年
6 陈长冰;筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究[D];合肥工业大学;2006年
7 寇哲君;可扩展冲击—接触并行计算及其在汽车碰撞模拟中的应用[D];清华大学;2003年
8 李岩;大型电力变压器线圈电磁力和局部过热问题研究[D];沈阳工业大学;1995年
9 孙曦源;水平荷载作用下软土地基中桶形基础工作机理及承载性能研究[D];大连理工大学;2009年
10 谈梅兰;三维曲井内钻柱的双重非线性静力有限元法[D];南京航空航天大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梅良斌;髋臼后壁骨折的三维有限元模型构建与应力分析[D];第一军医大学;2007年
2 杨小奇;旋转臂自锁式髓内钉与国产交锁髓内钉固定股骨干骨折的三维有限元分析[D];四川大学;2004年
3 李晓明;经三维有限元模型对比分析双侧下颌骨牵张过程中的作用力方向和应力水平[D];吉林大学;2006年
4 高勇丽;羟基磷灰石材料用于骨缺损植入时应力分析的数值模拟研究[D];天津大学;2005年
5 汤敏生;膝内外翻畸形对髋臼负重顶区影响生物力学研究[D];广州医学院;2010年
6 倪善军;髋臼后壁骨折及内固定稳定性的生物力学评估[D];苏州大学;2002年
7 王志红;髋臼双柱骨折继发性匹配的生物力学研究[D];河北医科大学;2004年
8 李雅欣;经髋臼基底三联截骨术治疗青少年和成人髋臼发育不良的临床和三维改变研究[D];河北医科大学;2003年
9 石勰;摇椅弓矫治机理的三维有限元研究[D];福建医科大学;2004年
10 周宇;髋臼撞击综合征骨凸的组织学研究[D];郑州大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026