不同材料赋值属性下髋关节有限元分析

目的探讨3种不同建模方式对髋关节有限元模型生物力学特性的影响,研究出更符合实际的髋关节的材料属性赋值方法。方法对髋关节模型进行三维重建,分别采用皮-松质骨赋值法、均一赋值法和灰度赋值法完成材料参数赋值,设定相同的边界条件和载荷,模拟单腿站立位状态下髋关节受力情况,对比3组模型的髋关节应力和形变情况。结果3种不同建模方式下髋关节应力均集中于股骨颈内侧,皮-松质骨赋值法、均一赋值法、灰度值赋值法模型von Mises应力峰值分别为11.04、3.91、4.25 MPa。皮-松质骨赋值法模型最大形变位于股骨大粗隆上部,髋臼与股骨头处最大形变值为0.27 mm。均一赋值法模型及灰度值赋值法模型最大形变位于髋臼与股骨头处,最大形变值分别为0.11、0.12 mm。结论根据髋关节CT数据灰度值进行梯度赋值,使得髋关节模型材料属性分布更接近骨骼真实的材料属性。