基于CT图像构建髌股关节生物力学模型

采用活体膝关节为标本,应用CT扫描技术获取膝关节的断层数据图像。利用图像处理软件处理骨骼边缘轮廓数据,提取其二维曲线,在CAD软件的辅助下建立了髌股关节三维骨性结构实体模型,并导入ANSYS软件得到其三维有限元模型,为进一步建立膝关节整体模型以及受力分析提供研究平台。

三维有限元法分析膝关节内侧副韧带的生物力学功能

目的通过建立膝关节三维有限元模型,研究内侧副韧带维持膝关节稳定性的作用。方法膝关节韧带用金属丝标记,止点采用钻孔标记,行CT扫描,应用Mimics、Geomagic和Ansys软件对数据进行三维重建,建立膝关节三维有限元模型,在膝关节5个不同的屈曲角度下模拟膝关节的前后平移、外翻和内外旋运动。结果膝关节在屈曲0°、30°6、0°、90°和120°时,MCL的应力为4.84、3.55、2.17、1.26和0 MPa;膝关节在5个角度下向前平移时,MCL的应力为7.22、5.78、4.07、2.84和1.4 MPa;向后平移时,应力为8.14、6.454、.19、2.92和1.6 MPa;内旋时,应力为6.815、.233、.292、.25和0.97 MPa;外旋时,应力为6.285、.003、.342、.21和0.82 MPa;外翻时,应力为11.00、9.55、7.25、5.94和3.11 MPa。结论通过建立膝关节三维有限元模型模拟膝关节前后移、外翻和内外旋各动作,可以有效地分析膝关节内侧副韧带的生物力学功能。

兔胫骨骨折的有限元模型

背景:医学生物力学有限元分析的原始资料多为人体CT数据,大范围的CT扫描势必会对人体造成一定的射线伤害。目的:建立兔胫骨骨折三维有限元生物力学模型。方法:选取雄性1年龄新西兰大白兔1只,开放锯断左侧胫骨中段,MIMICS10.01软件直接读取以层厚0.625mm对左侧胫腓骨不间断扫描得到以DICOM3.0格式刻盘保存的CT图片135张,经过定位图像、组织图片、内插值处理以及表面光滑化处理建立面网格模型,导入ANSYS10.0软件构建体并划分体网格,在MIMICS10.01中赋材质。结果与结论:建立了外形和几何结构逼真、生物材料接近正常组织的胫骨中段骨折有限元模型,经加载分析模型真实有效。可见应用MIMICS10.01和ANSYS10.0软件能快速建立兔胫骨骨折三维有限元生物力学模型,为进一步进行实验兔骨折愈合生物力学分析奠定基础。

正常骶髂关节影像与骨盆力学结构的关系

摘要目的：探讨正常骶髂关节的影像与骨盆生物力学的关系。材料与方法：分析和测量了43例正常骶髂关节横断面CT扫描影像学资料。结果：正常骶髂关节的骼骨面上中部前份骨质密度较高，呈一小三角形，厚度0．4～1．2cm，平均0．7cm。结论：髂骨面的小三角形致密影是骨质根据力学需要生长而形成的。而某些骨盆畸形如小儿麻痹后遗骨盆畸型患音员重测髂骨面，类似致密性髂骨炎，增大的三角形致密影可能是由于骨盆力学结构变化的结果，而非一种独立的疾病。

新型人工腰椎间盘置换的三维有限元模型

背景:随着对腰椎生物力学研究的不断深入,相关非融合及动力内固定装置的不断完善和改进,以人工椎间盘置换为代表的脊柱非融合技术的出现给了脊柱外科医师新的选择,因此,设计合理的人工椎间盘显得尤为重要。目的:建立腰椎运动节段新型人工椎间盘置换的有限元模型,用于进一步的生物力学研究。方法:选取1名健康男性志愿者L3-L4薄层CT扫描图像,结合人体解剖学数据,通过医学图像软件Mimics和工具软件Geomagic Studio,应用逆向工程技术重建腰椎模型。结合硅胶人工椎间盘的三维模型,用有限元分析软件ANSYS12.0转换成有限元模型。结果与结论:通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,成功建立腰椎运动节段的三维模型和人工椎间盘置换的有限元模型。该有限元模型共有691085个单元,1008913个节点,可以施加约束和载荷,用于脊柱生物力学及新型人工椎间盘的进一步研究。

上胫腓关节面坡度与原发性膝关节骨关节炎的相关性研究

目的 探讨上胫腓关节面坡度与原发性膝关节骨关节炎(KOA)发生及其Kellgren-Lawrence(K/L)分级的相关性.方法 纳入2016年1月—2017年6月河南大学第一附属医院骨科180例KOA患者临床资料(KOA组)进行回顾性分析,其中男50例、女130例,年龄60~75(66.3±8.36)岁,BMI为(25.3±3.96)kg/m2.选择该院同期180例排除KOA的健康体检者膝关节CT资料纳入非KOA组,其中男52例、女128例,年龄60~75(65.8±7.96)岁,BMI为(24.6±4.06)kg/m2.两组观察对象性别、年龄、BMI比较差异均无统计学意义(P值均>0.05).对KOA患者进行影像学K/L分级.在膝关节CT三维重建图像上分别测量两组观察对象的上胫腓关节面坡度.采用SPSS 21.0统计软件进行分析.结果 KOA组180例K/L分级分别为Ⅱ级52例、Ⅲ级60例、Ⅳ级68例.KOA组、非KOA组上胫腓关节面坡度在男性和女性分别为35.18° ±7.36°、29.39° ±8.37°和35.34° ±9.36°、30.97° ±10.89°,两组间同性别间比较差异均有统计学意义(P值均<0.05),组内不同性别间比较差异均无统计学意义(P值均>0.05).上胫腓关节面坡度和膝骨关节炎K/L分级经Spearman相关分析呈正相关(rs=0.166,P<0.05).结论 上胫腓关节面坡度偏大是KOA发病的高危因素,且与KOA严重程度相关.