成骨指数对儿童股骨头骺滑脱的有限元分析

发布时间：2017-10-29 11:11

  本文关键词：成骨指数对儿童股骨头骺滑脱的有限元分析

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【摘要】：股骨头滑脱又称股骨头骺滑脱(slipped capital femoral epiphysis,SCFE),这种疾病常常发生于10~15岁的肥胖青少年,尤其是男孩,其中少数患者为急性发病,通过CT图像技术分析发现,股骨头骺滑脱主要表现为股骨头骨骺相对股骨颈向后侧和内侧偏移,而骨股骨头仍位于髋关节髋臼内,该病原因目前尚不明确,但可能与儿童体重,儿童股骨骺生长板力学性能的改变有关。股骨骺滑脱作为常见的青少年髋关节疾病,近年来在我国发病率有所上升,如果治疗不及时很可能会发生骨骺的无血性坏死和萎缩,从而导致儿童残疾,因此加深对股骨骺滑脱的了解和认识对于该病症的成因以及治疗都有重要意义。近年来,随着加深对儿童股骨骺滑脱的研究,许多的专家学者都针对股骨头骺滑脱的成因提出了自己的观点,他们认为儿童股骨头骨骺生长板处成骨指数OI(osteogenic index)的分布异常是导致股头骨骺滑脱的重要原因。本论文使用了真实的儿童近端股骨CT数据生成有限元模型,该模型为人们了解儿童近端股骨的构造,生物力学特性等提供一定依据。为了在有限元软件中计算得到成骨指数(osteogenic index)的分布情况,本文利用Fortran编程语言对有限元软件进行了二次开发,编写得到计算成骨指数的程序,并将儿童在正常行走过程中82个步态下的髋关节作用力施加在股骨头上,并通过改变着82个步态力的大小来模拟超重儿童和肥胖儿童体重对成骨指数的影响,通过改变82个步态髋关节作用力的作用点来模拟儿童在跛行中对股骨骺生长板成骨指数分布的影响,另外本文还通过改变股骨骺生长板的杨氏模量,来模拟一些其他疾病可能带来的生长板生物力学性能的改变和这些改变对成骨指数值分布的影响。最后将本文结果与文献中的结果进行对比,获得了较高的一致性。
【关键词】：儿童股骨头骺滑脱 股骨头骺生长板 成骨指数 步态力 有限元模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R726.8;R318.01
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 研究的目的及意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 本文主要研究内容12-14
• 第2章 儿童股骨头骺滑脱的机理14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 儿童近端股骨的特性和生长机理14-19
• 2.2.1 儿童近端股骨的结构特性14-17
• 2.2.2 儿童近端股骨的力学特性17-18
• 2.2.3 儿童股骨生长板生长发育过程18-19
• 2.3 影响股骨生长板正常发育的因素19-21
• 2.3.1 激素影响19
• 2.3.2 疾病影响19
• 2.3.3 营养影响19-20
• 2.3.4 力学影响20-21
• 2.4 通过成骨指数预测股骨头骺滑脱21
• 2.5 股骨骺滑脱的图像分析21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 儿童近端股骨模型的建立23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 儿童近端股骨有限元模型的建立23-27
• 3.2.1 利用CT图像生成三维实体模型23-25
• 3.2.2 儿童近端股骨有限元模型25-27
• 3.3 数据的分析与整理27-31
• 3.3.1 股骨近端力学参数27
• 3.3.2 步态分析27-28
• 3.3.3 步态力分析28-31
• 3.4 利用UMAT子程序编写成骨指数计算式31
• 3.5 坐标系的确定31-34
• 3.6 边界条件与荷载的施加34-36
• 3.7 本章小节36-37
• 第4章 有限元模拟结果37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 体重对成骨指数的影响37-41
• 4.3 弹性模量对成骨指数的影响41-47
• 4.4 髋关节力作用位置对成骨指数的影响47-49
• 4.5 结果对比49
• 4.6 本章小结49-51
• 结论51-53
• 参考文献53-59
• 致谢59

【参考文献】

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本文编号：1112719