基于ct数据建立髋关节三维有限元模型及正立位下的应力分析

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1、河北医科大学学位论文使用授权及知识产权归属承诺本学位论文在导师(或指导小组)的指导下，由本人独立完成。本学位论文研究所获得的研究成果，其知识产权归河北医科大学所有。河北医科大学有权对本学位论文进行交流、公开和使用。凡发表与学位论文主要内容相关的论文，第一署名为单位河北医科大学，试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河北医科大学所有。否则，承担相应法律责任。雾誊掌誉一。i‘j。≯j一!’tj．j、：．I／1_i。“_：’琏碱蚣名弱哮剔帷章伽妒胖懒髓茕“'”j≯≮‘’7斫甲年多月归河北医科大学研究生学位论文独创性声明本论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致

2、谢等内容外，文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，指导教师对此进行了审定。本论文由本人独立撰写，文责自负。研究蚴激询咩导师签章：聊年∥月歹日目录中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1英文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3英文缩写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6研究论文基于CT数据建立髋关节三维有限元模型及正立位下的应力分析前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7日U舌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8

3、结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·12附图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13附表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26讨{沧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·27结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·30参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31综述人体三维模型的重建与应用研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··34致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45个人简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯46中文摘要基于CT数据建立髋关节三维有限元模型及正立位下的应力分析摘要目的：髋关节是人体最大、关节窝最深、最典型的杵臼关节，由于负重且活动范围大，髋关节损伤的发病率逐年增加，严重影响患者的生活质量。分析髋关节的生物力学特性是推断损伤机制及指导治疗的重要途径。本研究基于CT数据对正常髋关节主要结构进行三维重建，然后对重建模型进行网格划分和材料属性设定生成有限元模型，再进行力学分析。以数字技术来揭示髋关节的解剖结构特点，分析生物力学特性，探讨易损伤部位。对髋关节损伤的发生机制、预防、治疗及康复训练提供理论基础。方法：选取一名成年健康男性作为模拟对象，利用螺旋CT采集髋关节数据。CT扫

5、描范围包括髋骨、骶骨及股骨上段结构，将扫描数据以DICOM格式储存入可读写光盘。在Mimicsl4．0软件内使用阈值调整工具、区域增长工具、选择性编辑工具和Remesh功能，基于CT数据重建髋骨、骶骨及股骨上段的三维模型，并将模型划分面网格和体网格。然后，将模型导入Ansysl3．0中设定材料属性，重划网格，设置髋臼和股骨头的接触关系，对股骨上段下端横断面进行约束，在髋骨骶髂关节面处对模型进行加力。以300N施加轴向力模拟正立位下髋关节的负重载荷，分析其形变及力学特征。依据受力特点，确定髋关节易损伤部位，提出预防措施。结果：l将正常志愿者的CT图像以DICOM格式导入MIMICSl4．0软件，

6、经过设定阂值，提取蒙板，分割，修补以及表面光滑处理，成功的建立了双侧髋骨、骶骨和股骨上段的三维几何模型。2对所建模型进行面网格、体网格划分，最后生成三维网格模型。髋骨骨密质节点数为132275个、单元数为76394个；髋骨骨松质节点数为57138个、单元数为30968个；股骨骨密质节点数为62111个、单元数为34392个；股骨骨松质节点数为32659个、单元数为18911个。3在Ansysl3．0中对股骨上段下端横断面进行约束、没有位移和转动，在髋骨骶髂关节面处进行加力300N，计算髋骨、股骨受力情况，输出应中文摘要力分布云图，测量各区等效应力大小，得出髋关节的应力分布情况：正立位下，髋骨的

7、弓状线、髋臼后上方、股骨颈内、外侧，尤其是内Nd,转子上方，相当于股骨距部分应力分布比较集中；大转子顶端的应力水平较低。结论：通过本实验，我们得出以下结论：1基于CT图像DICOM数据通过Mimicsl4．O和Ansysl3。O软件可重建出人体髋关节的髋骨、骶骨及股骨上段等结构的三维可视化立体模型和有限元模型。三维模型解剖结构与正常人体完全相符，有限元模型划分单元合理，赋值准确，可以进行应力、形变