基于Hypermesh/LS-DYNA仿真股骨干中上1/3骨折的断裂分析

目的运用工程力学软件Hypermesh与LS-DYNA对股骨有限元模型进行断裂力学分析,仿真股骨干中上1/3骨折的移位情况并与真实的进行对照。方法选取1例股骨干中上1/3骨折患者的健侧股骨影像学CT资料导入Mimics软件,通过区域增长、编辑笼罩、光滑包裹重建股骨健侧的三维有限元模型,将股骨模型在Hypermesh中进行有限元网格划分、定义材料属性、设定边界条件,加载受力曲线与作用点等前处理,生成的K文件导入求解器LS-DYNA中运算。结果股骨干骨折且骨折近端呈屈曲、外展、外旋移位,骨折远端向内侧移位呈现短缩畸形,且节点位移图中可见断端随着外旋、内收肌的不断牵拉,位移呈线性增加,X轴正向为骨折近端有限元节点位移,X轴负向为骨折远端节点位移,可以看出骨折远端较骨折近端位移大;同时,在Von Mises云图上股骨颈以及股骨转子间周围出现应力集中,与临床上股骨干骨折合并股骨转子间或股骨颈骨折高度一致。结论基于Hypermesh/LS-DYNA的断裂力学分析原理可以很好地应用在创伤骨科领域。

基于断裂力学模拟3种不同跌倒状态下股骨近端骨折的有限元分析

目的运用断裂力学分析方法,探究3种不同边界条件下模拟跌倒的最佳有限元模型。方法将1例老年股骨颈骨折健侧髋关节以及大腿螺旋CT的DICOM格式影像资料导入Mimics中三维重建出股骨模型,将模型导入Hypermesh中设置材料属性,定义3种不同的仿真跌倒状态下的边界条件:股骨长轴与水平线成30°同时股骨颈施加垂直载荷(A)、股骨长轴与水平线成10°同时股骨颈施加垂直载荷(B)、股骨长轴与水平线成25°同时垂直股骨颈施加水平载荷(C),采用LS-DYNA软件对3种模型运算分析。结果相同大小的载荷下,断裂力学分析A组模型出现股骨颈骨折、B组股骨大结节处骨折、C组股骨干上段骨折;Von Mises应力云图分析:A组模型的应力主要集中在股骨颈部位,股骨转子间以及股骨干应力很小;B组模型中主要应力集中于股骨大结节处(也是有限元模型中固定限制的节点),C组模型应力集中在股骨颈以及股骨干部位。结论基于Hypermesh/LS-DYNA断裂力学软件环境下,A组边界条件的模型仿真跌倒更具有可信度。

股骨成形术预防老年髋部骨折的断裂分析

目的基于断裂力学模拟股骨成形术前后股骨颈的断裂过程,分析骨水泥干预对老年骨质疏松性髋部骨折的疗效。方法选取1例骨质疏松股骨颈骨折的健侧髋部CT资料以Dicom格式保存,导入Mimics三维建模软件重建髋部骨骼有限元模型,将模型导入工程力学软件HYPERMESH划分网格、定义材料属性、设置边界条件,生成的为对照模型;在边界条件不变的情况下,对股骨颈区域内部的有限元网格重新定义材料属性,生成的为实验模型;分别将两个模型导入动力求解软件LS-DYNA中进行运算,比较动态断裂过程以及Von Mises云图。结果对照模型股骨颈断裂,骨折线由内下向外上方走行,Von Mises云图上显示股骨颈骨折部位应力较高;实验模型股骨颈部位未见明显骨折线,Von Mises云图上显示髋部骨骼周围应力较对照组明显降低。结论从生物力学角度上,股骨成形术对于预防骨质疏松性股骨颈骨折具有可行性、实用性,为临床运用提供参考依据。