人工全髋关节置换三维有限元建模及其在体生物力学研究

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髋关节是人体最重要的关节之一。研究髋关节的生物力学问题,分析各组成部分的应力载荷,建立符合人体结构的生物力学模型,得到符合真实结构的力学以及动力学参数,是生物力学研究的重点。自从有限元分析技术在计算生物力学领域得到广泛应用以来,已经渗透到生物力学的各个领域,建立符合人体解剖结构的髋关节生物力学有限元模型,并对其进行有效的力学分析,得到准确可靠的数据,应用于临床治疗、医学研究、生物机械设计的应用、假体设计、矫正手术以及医学快速成型等领域,仍是迫切需要解决的问题。本文针对建立步态周期内髋关节的生物力学模型以及有限元模型的方法和分析结果,总结如下:1利用人体建模仿真系统软件AnyBody建立包括骨骼肌肉的人体髋关节生物力学模型,模型更符合真实的髋关节解剖结构。通过对髋关节进行完整周期的步态仿真,得到髋关节的受力、角度随时间的变化情况以及主要肌群的受力情况,为有限元建模仿真提供合理的参数。2利用髋关节的医学影像数据,通过医学三维重建,建立髋关节、假体、以及股骨-假体的三维模型,通过有限元软件进行面网格划分和体网格转化,建立有限元模型,并利用医学建模软件,对有限元模型进行材料的赋值。3利用建立好的有限元模型以及髋关节受力、角度变化参数,对正常股骨、股骨-假体的装配体模型以及不同材料假体下的装配体进行有限元分析,为进一步研究髋关节的生物力学特性提供参考。
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