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近年來，醫(yī)學(xué)與工程力學(xué)的結(jié)合，使分析有限元分析作為一種較新的生物力學(xué)研究手段，逐漸應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維非線性有限元軟件的開發(fā)，有限元分析能夠精確分析骨骼假體的內(nèi)部應(yīng)力分布及定量分析應(yīng)力集中等。
髖關(guān)節(jié)是人體重要承重關(guān)節(jié)，其骨折創(chuàng)傷程度重，無論保守治療還是手術(shù)治療經(jīng)常由于復(fù)位不完全，出現(xiàn)股骨頭壞死或骨關(guān)節(jié)炎等嚴(yán)重后果。傳統(tǒng)的生物力學(xué)研究從不同的角度分析了髖關(guān)節(jié)的生物力學(xué)，并從不同側(cè)面提出了髖關(guān)節(jié)骨折的治療方法。由于髖關(guān)節(jié)形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性，本研究旨在探討利用CT掃描技術(shù)，取得正常髖關(guān)節(jié)的各種結(jié)構(gòu)的三維坐標(biāo)值，在有限元分析軟件中采用實(shí)體建模，從而建立起正常髖關(guān)節(jié)的有限元模型，并對(duì)材料特性和網(wǎng)格大小等參數(shù)設(shè)定進(jìn)行探討，以期為髖關(guān)節(jié)損傷的相關(guān)研究提供多維思路，進(jìn)一步豐富髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)行為的研究手段。導(dǎo)入有限元構(gòu)建軟件SolidWorks2006中，進(jìn)行三維有限元網(wǎng)格劃分。髖關(guān)節(jié)的網(wǎng)格劃分完全按照實(shí)際的解剖構(gòu)造進(jìn)行，根據(jù)髖關(guān)節(jié)幾何形狀的特殊要求，采用三維十結(jié)點(diǎn)四面體實(shí)體單元，共劃分為121239個(gè)結(jié)點(diǎn)、112491個(gè)單元。從CT掃描得到平面圖像經(jīng)加工處理后獲得髖關(guān)節(jié)的幾何坐標(biāo)，利用實(shí)體建模法，經(jīng)合理設(shè)立參數(shù)與網(wǎng)格化，建立了正常髖關(guān)節(jié)的完整的三維有限元模型。
有限元分析方法目前已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它可以通過CT或MRI掃描從活體組織提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，由于影像學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，通過掃描所獲得的數(shù)據(jù)很準(zhǔn)確，據(jù)此而建立的幾何模型接近于真實(shí)。建模時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，由實(shí)體建模和直接建模兩種方式選擇建模方法，并可利用工作平面來輔助建模，以提高建模的精確性。尤其是三維模型，將有限元模型的幾何特征和邊界條件的定義與有限元網(wǎng)格的生成分開進(jìn)行，減少了模型生成的困難。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，應(yīng)先行定義單元屬性，設(shè)置網(wǎng)格生成選項(xiàng)，網(wǎng)格劃分前保留數(shù)據(jù)庫，最后進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
以往對(duì)髖臼和股骨頸進(jìn)行有限元分析，鑒于其形狀復(fù)雜，一般均對(duì)其作簡化處理，分析的結(jié)果必然引起誤差。本研究通過CT掃描、即時(shí)存儲(chǔ)，避免了數(shù)據(jù)收集過程中關(guān)鍵信息的丟失。更重要的是，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)建模過程的全數(shù)字化，最大程度上保證了建模的準(zhǔn)確性和精確性。
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