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基于MRI膝关节有限元模型

作　者: 夏晶
导　师: 郭同彤
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 生物力学膝关节非线性有限元模型
分类号: R684
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来对于MRI的研究使我们进一步了解到在胫股骨连接中半月板的运动和变形,并提供了关于关节软骨的形态信息。MRI已广泛用于软骨厚度和体积的测试。我将建立一个膝关节有限元模型,用于研究关节炎引起的软骨退化对胫股骨接触的影响。在本研究中我将使用计算机辅助技术和MRI重构活体膝关节外形,并划分网格,添加材料属性建立三维非线性膝关节有限元模型。本模型包括胫骨和股骨,关节软骨,以及内外侧半月板和半月板两端的连接韧带。假设软骨为各向同性弹性材料,半月板为横观各向同性线弹性材料,连接韧带使用线性弹簧模拟,并用力来模拟关节中韧带。考虑到膝关节中的相对滑动和摩擦,我使用动态显性非线性有限元技术模拟胫股骨连接在不同载荷下的生物力学特性。在0度方向施加一个压力,计算出各个结构的变化,包括:最大压力,平均压力,接触压强,内部应力。本研究发展的有限元模型是研究膝关节功能,辅助关节矫形以及指导人工关节设计的有效工具。同时膝关节生物力学特性的研究对人类深入认识关节行为,有意识的保护关节,减少关节损伤以及确定关节伤病后的康复方案提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 研究的目的及意义  10-11
  1.3 国内外相关技术发展现状  11-21
    1.3.1 国内膝关节生物力模型研究  11-16
    1.3.2 国外膝关节生物力模型研究  16-21
  1.4 本文主要研究内容  21-23
第2章人体膝关节  23-29
  2.1 引言  23
  2.2 膝关节解剖结构  23-26
  2.3 关节软骨解剖结构  26-27
    2.3.1 关节软骨的构成  26
    2.3.2 关节软骨的结构  26-27
  2.4 本章小结  27-29
第3章建立基于MRI的三维膝关节有限元模型  29-47
  3.1 引言  29
  3.2 MRI数据  29-31
    3.2.1 数据获取及设备型号  29
    3.2.2 DICOM标准介绍  29-30
    3.2.3 MRI 参数  30-31
  3.3 建立膝关节三维实体模型  31-39
    3.3.1 simplware软件  31-32
    3.3.2 Simplware软件中建立STL格式模型  32-35
    3.3.3 Mimics软件  35
    3.3.4 Mimics软件中划分体网格  35-39
  3.4 建立膝关节三维有限元模型  39-46
    3.4.1 胫骨关节材料参数  40-43
    3.4.2 边界条件和载荷  43-45
    3.4.3 网格单元  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章股胫关节生物力学特性的研究  47-81
  4.1 引言  47
  4.2 胫股关节有限元分析  47-54
    4.2.1 有限元分析过程  47-49
    4.2.2 动力学显式有限元方法  49-52
      4.2.2.1 隐式与显式分析的区别  49
      4.2.2.2 显式动态分析  49-52
    4.2.3 ABAQUS/Explicit解决接触问题  52
    4.2.4 ABAQUS/Explicit准静态分析  52-53
    4.2.5 ABAQUS/Explicit准静态分析结果评估  53-54
  4.3 含半月板股胫关节生物力学特性研究  54-80
    4.3.1 胫股关节接触特性  55-64
    4.3.2 胫骨平台位移变形特性  64-68
    4.3.3 半月板应力分布特性  68-80
  4.4 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-88
致谢  88

基于MRI膝关节有限元模型

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