股骨上段三维有限元模型的建立和双腿站立位应力分布的分析

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1、安徽医科大学硕士学位论文Keywords：proximalfemur／three—dimensionalfiniteelementmodel／CTscan／stressdistribution3安徽医科大学硕士学位论文刖置有限元方法是将实体的物件，分割成不同大小、种类的小区域称为有限元素。利用不同领域的需求，推导出每一个元素的作用力方程式，组合整个系统的元素，构成系统方程式，最后将系统方程式求出其解。有限元方法最初由Brekelmans和Rybicki于1972年应用于骨科研究，目前已被确立为矫形外科生物力学领域的基础研究和设计

2、分析的一种优良的工具，而股骨及髋关节有限元分析由于人工髋关节的设计和评估的需要而成为众多研究者兴趣所在。由于它具有一些实验研究方法所不能比拟的优点，如省时快捷，费用低廉；应用面广，适应性强，可以反复使用，无损耗；能够通过模拟分析的方法研究实验方法所不能研究的工况，得到客观实体实验法所难以得到的研究结果，因而被越来越多地应用于骨科基础和临床研究。本研究的目的在于探讨利用正常人体股骨上段CT扫描资料，应用图形数字化方法获取其三维坐标，在有限元分析软件ANSYS5．6上用间接法建立正常人体股骨上段完整三维有限元模型的可能性，并对材料特

3、性和网格大小等参数的设定方法进行探讨。在建立三维有限元模型的基础上，确定边界条件并模拟正常双腿站立位加载负荷，在有限元分析软件ANSYS5．6上计算并图示股骨上段的应力分布状况，作为该部位理论生物力学研究的基础工作并为病理状况的研究作参照。三维有限元模型的建立依据所要研究的对象和个人经验的不同而有许多种不同的方法。由于在有限元分析的过程中不可避免地要采用一些简化和假设，所以有限元分析的结果只能是对客观分析对象生物力学特性特别是其趋势的一种模拟而不能完全真实地反映所有的细节。因而有限元分析方法只能作为实验研究方法的验证和补充或用于

4、实验方法难以研究的工况而不能完全取代实验的方法。本研究试图寻找一种适合骨科领域生物力学研究需要的简便、有效的三维有限元模型建立和应力分析的方法，并探索建模和应力分析过程中有关参数的最优化设置，以期建立的三维有限元模型和应力分析结果能够比较准确地反映骨关节系统解剖结构和生物力学特性的真实情况而适合应用于骨科理论和临床研究。安徽医科大学硕士学位论文骨科三维有限元研究国外开展较早，但还远未达到完善地步。目前研究重点在于人工假体的生物力学评估，假体辅助设计中参数优化和个体化方法的探讨。国内较早的三维有限元分析多集中于腰椎的生物力学研究，

5、髋关节与股骨的三维有限元分析较少，目前还未有股骨三维有限元模型建立和应力分析以及参数优化方法的专门报导。安徽医科大学硕士学位论文研究一采用CT扫描资料建立股骨上段三维有限元模型中文摘要目的：建立正常人体股骨上段三维有限元模型，作为今后该部位进一步有限元分析的基础。方法：采用活体股骨上段为标本，应用cT扫描技术、图形数字化方法获取股骨上段三维坐标，输入有限元分析软件ANSYS5．6，并通过确定材料特性参数和网格化，建立股骨上段完整的三维有限元模型。结果：建立的三维有限元模型几何形状与材料特性还原性良好，网格大小可根据研究者的需要在

6、一定范围内自行调整，可以满足有限元分析的需要。结论：采用cT扫描资料建立三维有限元模型切实可靠；间接法建立三维有限元模型比直接法简便、高效，可以更精确地模拟复杂几何形态的实体。关健词：股骨上段，三维有限元模型，cT安徽医科大学硕士学位论文Establishmentofthree．dimensionalfiniteelementmodeloftheproximalfemurusingCTscandataAbstractObjective：Toestablishathree·dimensionalfiniteelementmodel

7、oftheproximalfemurofnormalpersonasafoundationoffiniteelementanalysisinthisarea．Methods：ProximalfemurinvivoWasusedasspecimen．CTSCanandconfigurationdigitalizationtechniquewereusedtoobtainthree-dimensionalcoordinateofproximalfemur．ByapplyingANSYSsoltwareoffiniteelementa

8、nalysis，determiningpropertyparameterofmaterialsandmeshing，wesetupanintactthree·dimensionalfiniteelementmodeloftheproximalfemur．Resu