浅谈标准步态下骨盆三维有限元模型构建及其生物力学意义

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1、浅谈标准步态下骨盆三维有限元模型构建及其生物力学意义：汪光晔，张春才，许硕贵，任可【骨盆；三维有限元；髋臼功能力；骨盆肌肉收缩力　　Threedimensionalfiniteelementpelvicmodelingduringstandardgaitanditsbiomechanicalsignificances　　【Abstract　AIM:Toconstructathreedimensional(3D)finiteelementpelvicmodeluscleandacetabularcontactforcesduri

2、ngstandardgait.METHODS:Anormalpelvis　fromanadultmalesubjectagesofeverycrosssectionodelincludingboththreedimensionalpelvicmuscleandacetabularcontactforcesduringstandardgaitentpelvicmodelclearlyreflectedtherealpelvicanatomyandbiomechanicalbehavior,especiallythemusclef

3、orceandhipcontactforce.Themodelentpelvicmodelprovidesbasicdataodelingeithernormalloadsorstressesandstrains,ortheeffectsofabnormalconditions.　　【Keyensionalfiniteelement;acetabularcontactforce;pelvicmuscleforce　　【　目的：构建包含骨盆肌肉及头臼功能力的标准步态下骨盆三维有限元模型.方法：选择标准成年男性志愿者行骨盆CT扫描

4、成像得到骨盆每层横截面图像,运用Mimics软件行三维重建，利用有限元分析软件PATRAN2005R2构建髋臼三维有限元模型,并将标准步态中肌肉收缩力及头臼功能力也设计到该模型中.结果：所构建髋臼模型共划分为113028个结点、137524个单元,模型模拟了骨盆皮质骨、松质骨、关节软骨以及股骨头结构的材料特性.所建模型结构完整，空间结构丈量正确度高，单元划分精细，重点突出，尤其肌肉及头臼功能力加载模拟形象、逼真，客观反映髋臼真实解剖形态结构和生物力学特征.结论：构建的髋臼三维有限元模型为正常髋臼或异常髋臼力学探究提供可循模型.

5、　　【　骨盆；三维有限元；髋臼功能力；骨盆肌肉收缩力　　0引言　　对于髋关节的生物力学的探究，有必要了解跨髋关节肌肉的收缩力的大小方向及部位，完整地了解髋臼接触力和骨盆肌肉收缩力力学机制，有助于进一步模拟髋关节力学行为、解剖学和手术后改变的影响，固然有文献［1-3］讨论过骨盆髋臼生物力学行为，然而这些先前的模型或没包括髋臼接触力或不包括肌肉收缩力.因此其结果已受到大多学者的质疑.作为实验探究骨盆和髋臼负载的需要，本实验试图报导一个既包含了肌肉又包含了髋臼接触力的三维有限元模型，这些数据将对于正确模拟髋关节和骨盆的正常负载或异常

6、负载将尤为重要.　　1材料和方法　　1.1材料①成年男性志愿者骨盆（男性，40岁）；②　西门子SOMATOMVolumeZoomCT机；③　DELL工作站；④　Mimics软件；⑤　Patran2005r2软件；⑥格式存进CT机，刻录光盘，从而得到表示骨盆每层横截面的图像.②步骤二：将上述以DIM格式存储的图像导进Mimics软件，设定门槛下界灰度值为270，上界不限.通过Regiongrowing选择感喜好区域，进行骨盆三维重建.③有限元分析和计算：三维重建图像以out格式导出，并导进Patran2005r2软件，并重新进行

7、X格划分，建立皮质骨的外表面和内表面，其内外表面都相互连接，分别建立骨盆的皮质骨及松质体模(图1).和骨盆骨相互功能的股骨头也被建模，此外关节软骨也被建模，以保证一个光滑且真实的髋关节功能力的加载［4］，除了髋关节头臼功能力(表1)，22块附着在骨盆上的肌肉也被设计到该模型中(表2，图2)，肌肉的生理附着点被绘制到有限元X格中，其相关参数皆来自于Pedersen1997年的探究结果［5］.　　图1髋臼皮质骨(A)和松质骨(B)有限元模型　略　　表1步态循环中支撑相时负载受力参数　略　　1.2.2设置单元属性根据骨盆的解剖结构特

8、征，骨性结构模拟材料为皮质骨、松质骨、软骨下骨及关节软骨，材料参数的选择　　3.2模型的力学相似性本探究结合了结合头臼之间的功能力和肌肉的收缩力，不当在外形上最大限度上保证了建模的正确性和精确性.并且在力学加载上更和实体相似程度高，更加正确完整.本探究头臼功能力由股骨头中心点