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腕关节三维有限元模型的建立及桡骨远端骨折发生机制的生物力学分析

作 者: 周晓宁
导 师: 张兴平
学 校: 北京中医药大学
专 业: 中医骨伤科学
关键词: 骨折机制 桡骨远端 三维有限元 生物力学
分类号: R683
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 8次
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内容摘要


骨折发生是内因和外因的综合作用,除了年龄、性别、健康状况等全身因素外,内因指骨骼本身的特性如材料性质和结构特点;外因指所受外力的大小、方向及肢体相对位置。在骨折的临床治疗中,只有充分认清骨折的发生机制、形成过程、发展趋势和有可能造成的后果,才能提供分型依据,在临床治疗中抓住特点,进而选择治疗方案、判断预后,获得疗效的进一步提高。桡骨远端骨折是常见的运动系统损伤,发病率较高,一直为临床所重视。以往对桡骨远端骨折机制的分析偏重于理论推导的定性描述,已有生物力学分析多集中在标本实测及平面有限元分析等层面,目前尚未发现利用三维有限元分析方法对桡骨远端骨折发生机制的研究。有限元分析法是借助于电子计算机进行运算的数值计算方法,将待分析的连续性实体离散成为有限个单元,以各单元的结合体替代原连续体,并逐个研究各单元的力学性质。与传统的生物力学实验相比,有限元分析方法具有成本低、计算周期短、仿真精度高、可重复性强而无损耗、可计算内部应力应变、可直观显示分析结果、可模拟分析实验方法所不能研究的生理状况等优点。国内外学者针对研究需要如腕横韧带切除对腕关节稳定性的影响、舟骨骨折后腕关节机械特性的改变、评价微型外固定器和克氏针治疗Bennett骨折的优劣等,已建立了不同的腕关节三维有限元模型。本实验基于一位青年男性志愿者的腕关节CT图像,利用三维图像处理及有限元前处理软件建立了包括桡尺骨全长、桡腕关节面软骨、前臂骨间膜腱性部分、桡舟韧带、桡舟头韧带、桡月韧带、桡舟月韧带、尺月韧带、尺三角韧带、尺侧囊结构、掌侧桡尺韧带、背侧桡尺韧带、桡三角韧带、桡尺三角韧带及三角纤维软骨盘等结构的腕关节三维有限元模型,接近解剖位置,并通过与已有研究结果比较验证了模型的有效性,有助于进一步阐明腕关节的生物力学特点及各结构在不同载荷状况下的力学作用,对腕部相关骨折机制力学分析、复位固定方式改良等具有参考意义。通过对上述建立的中立位腕关节三维有限元模型进行旋转和平移操作,模拟构建出腕关节背伸15°位、30°位、45°位、60°位、75°位、90°位的三维有限元模型。通过对不同背伸角度模型施加100N的固定轴向载荷,经计算分别得到桡腕关节面Von Mises Stress云图。通过观察系列云图发现,腕关节背伸角度越大,桡腕关节面应力分布集中区域越向背侧偏移,背侧关节面传递载荷量占桡腕关节面全部传递载荷量的百分比越大,且背伸角度达到45°后,随角度增大而增加的趋势减小综上所述,本实验建立了腕关节三维有限元模型,通过与已有研究结果比较验证了模型的有效性;并在此基础上模拟构建出不同腕关节背伸角度的三维有限元模型,在固定轴向载荷下,通过分析不同背伸角度对关节面应力分布的影响,为腕关节的三维建模和生物力学研究提供了技术平台和方法参考,并对桡骨远端骨折机制进行了初步探讨。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-7
第一部分:文献综述  7-21
  综述一:腕关节生物力学研究进展  7-15
    参考文献  13-15
  综述二:桡骨远端骨折发生机制研究进展  15-21
    参考文献  19-21
第二部分:腕关节三维有限元模型的建立及验证  21-33
  参考文献  31-33
第三部分:桡骨远端骨折发生机制分析  33-41
  参考文献  39-41
致谢  41-43
个人简历  43

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中图分类: > 医药、卫生 > 外科学 > 骨科学(运动系疾病、矫形外科学) > 骨折、骨的损伤
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