人體足踝部三維有限元仿真模型的構建及驗證.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本文主要從以下幾方面進行論述:
  論文一 人體足踝部三維有限元仿真模型的構建及驗證
  目的:
  依據1名正常男性志愿者足踝部CT、MRI的影像學資料,聯合使用Mimics、SolidWorks、HyperMesh以及ABAQUS軟件構建出仿真性能較高的正常足踝部三維有限元仿真模型,為研究足踝部生物力學、模擬各種足踝部損傷以及內固定術式提供可靠的數字化平臺。
  方法:
  1.實驗對象及數據獲取

2、>  選擇一名健康受試者,經體格檢查以及X線檢查未發(fā)現足踝部疾病,行64排螺旋CT和3.0T MRI掃描,分別獲得1087層、366層斷層圖像,以DICOM格式存貯,刻錄成光盤。
  2.三維有限元仿真模型的建立
  將斷層圖像導入醫(yī)學圖像處理軟件Mimicsl5.0,使用閾值分割和手工分割法獲得足踝部骨骼、軟骨以及外圍軟組織的3D模型,輸出點云(Point Cloud)格式文件。然后導入逆向工程軟件SolidWorks中,

3、使用Scan TO3D插件生成幾何模型并重建裝配體,輸出Parasolid格式文件。將足踝部三維模型導入有限元分析前處理軟件HyperMeshl2.0中,依據足踝部韌帶的解剖學信息使用Truss單元和Springs單元建立韌帶模型,同時補建足部軟骨,然后對模型進行網格劃分、賦材質以及設置接觸和工況等前處理,最后導入有限元分析軟件ABAQUS進行仿真分析。
  3.模型的載荷、邊界條件以及接觸的設置
  在ABAQUS軟件中對

4、足踝部模型進行步態(tài)中立相的仿真分析,將模型中軟組織、脛骨以及腓骨上端平面的節(jié)點進行完全固定約束,直接將足部肌肉力施加在相應的節(jié)點上,肌力方向根據相應肌腱解剖學位置確定,并通過支撐板向上的連續(xù)位移來模擬足底反力。使用ABAQUS中面面(Surface-to-Surface)接觸模擬關節(jié)間接觸以及腳掌與支撐板之間的接觸,摩擦系數(Coefficient of Friction)分別設定為0.01和0.6。
  結果:
  ①整個

5、模型共由205203個單元和48748個節(jié)點組成,建立了包含29塊骨骼、113條韌帶、各關節(jié)軟骨以及外圍軟組織的足踝部三維有限元仿真模型。模型結構完整、外型逼真,材料屬性較精確,邊界、載荷以及接觸設置合理,很好的滿足了足踝部有限元仿真分析的需求,同時利用可視化技術可獲得任意角度的三維信息。②通過與國內外相關研究結果對比分析可以看出本模型具有較高的仿真度,其有效性得以驗證,可用于進一步的實驗研究和臨床應用。仿真分析結果顯示:在步態(tài)中立相時

6、足底壓力峰值出現在第一跖骨頭下方,其次為足跟下方;距舟關節(jié)、舟楔關節(jié)以及第1-3跖骨的應力分布較集中,von Mises應力值較大,說明其為主要承重部位;脛骨下關節(jié)面應力分布主要集中在踝穴中部以及前外側。
  結論:本研究采用足踝部CT、MRI的斷層圖像,綜合應用Mimics、SolidWorks、HyperMesh以及ABAQUS軟件構建出的足踝部三維有限元仿真模型外觀真實、結構精細、力學性能穩(wěn)定,模型可反復使用,充分體現了方便

7、、快捷、準確的優(yōu)點。本研究使用Mimics和SolidWorks構建實體模型,最大限度的排除了操作誤差、提高了精確度,再現了各組織結構的外觀形態(tài)。利用專業(yè)有限元前處理軟件HyperMeshl2.0劃分了網格,并補建了韌帶、軟骨等結構,其強大的剖分幾何模型和劃分網格的功能大大提高了模型的仿真性能,可獲得高質量的有限元仿真模型。本模型具有良好的生物相似性,可以較精確地模擬足踝部的各種生物力學問題,各組織結構在仿真分析中均能很好的發(fā)揮各自的功

8、能,其有效性得到充分驗證,故本模型可作為足踝部生物力學研究、模擬各種足踝部損傷以及內固定術式的可靠仿真平臺。
  論文二 PVP與PKP治療輕中度骨質疏松性椎體壓縮性骨折的臨床研究
  目的:
  探討椎體成形術(PVP)和經皮椎體后凸成形術(PKP)治療輕中度骨質疏松性椎體壓縮性骨折(OVCF)的療效。
  方法:
  回顧性分析2007年10月1日~2013年12月30日我院收治符合入選標準的T12或L

9、1OVCF患者78例的臨床資料及治療情況,根據采用手術方法不同分為PVP組(A組)和PKP組(B組)。比較兩組在VAS評分、椎體高度恢復率、Cobb's角恢復率、骨水泥滲漏率、術后并發(fā)癥發(fā)生率以及手術費用的差異,對手術療效做出評估。
  結果:
  A組與B組患者年齡、性別、病程、骨折椎體等一般臨床資料的差異均無統(tǒng)計學意義。兩組患者的VAS評分在術前、術后均無統(tǒng)計學差異,而兩組術后VAS評分均較術前明顯改善;兩組患者的椎體高

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