研究背景：有限元(Finite element)这一概念早在20世纪40年代就已提出，50年代初曾将这种方法用于结构设计，即所谓结构分析的矩阵方法。有限元分析方法(finite element method，FEM)是一门应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学，其主要应用于模拟并且解决工程力学、力学、电磁学等物理问题。随着计算机技术的飞速发展，目前该方法已进入工程技术的所有领域。自从1972年Brekelmans和Rybicki首次将有限元分析法应用于骨科生物力学的研究以来，有限元分析法逐渐被广泛应用于人体生物力学的研究，并取得了显著的成绩，使之成为了骨科领域生物力学研究最重要的手段之一。既往的研究，为了方便计算，所建立的有限元往往把皮质骨、松质骨假设为各向同性的均质连续弹性材料。而实际上皮质骨和松质骨均属各向异性材料。因此对于骨骼的单元属性采用这样同一性处理，而忽略骨骼的实际单元属性之间的差异，用一个统一的参数来描述其材料特性所建立的有限元模型不符合实际情况。利用这样的模型不能很好的解释骨的真实的结构和材料力学性能，其计算得到的结果将与实际情况存在较大的误差。 目的：①寻求髋关节三维有限元模型构建中有限元模型材料属性设定办法，建立具有非均匀及各向异性的髋关节三维有限元模型，使所建立的三维有限元模型能够更接近原始骨。②在建立三维有限元模型的基础上，研究髋臼骨折后的应力分布，探讨髋关节骨性关节炎产生病理基础和力学机制。 方法：对一成年女性志愿者的骨盆进行CT断层成像；在CT成像过程中，要求标本在骨盆纵轴方向保持不动，每隔1mm扫描1次，共320层。所得CT断层图像以DICOM格式的图像数据直接存入计算机。使用Mimies软件构建髋关节三维几何实体模型，将模型导入ANSYS10.0软件，采用实体模型建模法，进行网格划分；通过计算股骨及髋臼三维有限元模型单元平均化的CT值，采用经典理论公式分析骨密度及骨骼弹性模量，最终计算出有限元材料属性进行单元属性设定，建立三维有限元模型。再在已建立模型的基础上模拟单腿站立负重状态，分析髋臼负重区及近负重区在不同骨折类型和位移下的应力分布。 结果: 1.在计算出三维有限元模型单元平均化CT值基础上，利用扩展的经验公式演算出了各单元弹性模量和泊松比的函数式，将函数直接导入ANSYS软件从而给各单元设定材料属性。 2.成功构建了具有各向异性材料属性的髋关节三维有限元模型，通过分析得到髋关节的表观密度分布：最小密度分布于髓腔附近，在“Ward三角区”密度较小，而高密度区位于股骨近端及髋臼前壁的受压面。通过表观密度得到了髋关节骨质的非均匀分布。 3.通过对单腿站立负重状态的生物力学分析发现：髋臼负重区的裂缝型和台阶型骨折局部应力增大；负重区内位移一致的台阶型较裂缝型骨折局部出现应力集中。近负重区较负重区内的骨折所产生的应力小。 结论: 1.通过计算模型密度和弹性模量，进一步确定单元材料属性，对于建立接近实际的髋关节三维有限元具有重要的意义。 2.对每一个单元进行材料属性设定使所建立的三维有限元模型更真实而精确的反映髋关节的系统解剖结构和材料力学性能，更能够接近实际临床应用。 3.髋臼负重区的骨折应尽可能达到解剖复位，尤以台阶型为著，可减少负重区的应力集中，减小髋臼病损，延缓关节退变的发生。早期的髋臼重建对后期应髋关节骨性关节炎行人工髋关节置换术提供可靠骨性结构，使手术有更多选择空间。