基于医学图像的儿童股骨生长数值分析

发布时间：2017-06-23 17:16

  本文关键词：基于医学图像的儿童股骨生长数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：骨应力生长仿真是一个多学科交叉研究领域,它涉及骨科相关知识,固体力学分析及有限元方法技术。研究软骨内骨化对骨生长过程中涉及的与软骨相关的疾病具有重要的应用价值,然而国内外考虑力学因素对骨生长过程影响的研究还不成熟。本课题通过描述软骨内化骨及新骨重建的医学现象,验证软骨骨化程序的正确性以及载荷施加方式的合理性,课题研究的成果可以作为力学分析因素对骨骼疾病影响的参考依据。本文将墨尔本皇家儿童医院提供的CT扫描图像进行处理,得到能在ABAQUS里进行操作的二维及三维近端股骨模型,然后参考相关应力公式,运用有限元方法模拟了骨生长过程。在股骨头5个区域上施加间歇性载荷,计算每个单元的成熟指标值,通过与临界成熟指标值的比较,判断单元是否转化为新骨组织,计算值一旦大于临界值,该单元软骨转化为新骨,新骨区域将通过更新骨密度和材料的弹性模量完成骨重建,否则单元仍保持软骨材料属性。模拟的软骨内化骨及骨重建过程与参考文献及医学扫描图像得到的结果比较一致。二维股骨模型模拟结果显示骨化从远端开始逐渐向骨骺扩展,股骨头中心出现次级骨化中心并围绕此中心扩展,骨沉积作用使外围骨干密度值达到最大,骨吸收使骨干深层密度值最小。三维股骨模型生长板骨化结果显示边缘骨化比较明显,逐渐向深层延伸。结果最终验证了子程序用于描述不规则模型骨化的合理性,对模型处理方法的可行性。本文的创新之处体现在研究方法上。本文采用临床图像获得的近端股骨模型,模型具有实际的材料属性,采用间歇性的施载方式,三维模型的载荷数据来源于实验测量,整个模拟结果比较合理,为定量的从生物力学角度研究骨生长提供一定的参考价值。
【关键词】：股骨 骨生长 骨化 间歇载荷
【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;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外相关课题进展9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-12
• 1.3 儿童股骨头坏死12
• 1.4 本文主要研究内容12-13
• 第2章 骨生长生理机理13-22
• 2.1 引言13
• 2.2 骨组织的基本介绍13-15
• 2.2.1 骨细胞分类13-15
• 2.2.2 股骨结构15
• 2.3 骨生长生理机理15-18
• 2.3.1 软骨内成骨过程16-17
• 2.3.2 骨重建过程17-18
• 2.4 骨骼力学基本概念18-20
• 2.4.1 骨的力学性质18-19
• 2.4.2 髋关节的负重面19-20
• 2.5 有限元方法在骨科中的应用20-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第3章 模拟骨生长过程22-36
• 3.1 引言22
• 3.2 骨化过程算法22-25
• 3.2.1 剪应力与膨胀应力22-23
• 3.2.2 每日生骨指标23-24
• 3.2.3 成熟指标24-25
• 3.3 骨重建算法25-26
• 3.4 参数的确定26-27
• 3.5 有限元模型处理27-30
• 3.5.1 二维有限元模型27-28
• 3.5.2 三维有限元模型28-30
• 3.6 载荷处理30-35
• 3.6.1 二维模型加载方式30-31
• 3.6.2 三维模型加载方式31-33
• 3.6.3 程序中间歇性载荷的处理33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 骨生长结果与讨论36-51
• 4.1 引言36
• 4.2 二维模型骨化结果36-42
• 4.2.1 成熟指标分布及与文献对比结果36-41
• 4.2.2 骨化结果讨论41-42
• 4.3 二维模型骨重建42-46
• 4.3.1 二维骨重建结果42-45
• 4.3.2 骨重建结果讨论45-46
• 4.4 三维模型骨化结果与分析46-50
• 4.4.1 实验设定负重面下的结果与分析46-47
• 4.4.2 理论计算的结果47-49
• 4.4.3 三维股骨的骨化结果分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王亚斐;刘畅;;力敏感因子对软骨内成骨的调控作用[J];国际口腔医学杂志;2015年05期

2 连志强;关红;顾元宪;;种植牙周围颌骨的骨重建模拟[J];计算力学学报;2011年02期

3 孔令燕;李洪;宫赫;张国红;;股骨近端结构功能适应性的模拟预测[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期

4 彭春政;张胜年;陆爱云;;人体躯干骨骼-肌肉-韧带结构三维有限元模型的建立和验证[J];中国运动医学杂志;2010年06期

5 施鸿飞;梁国穗;张颖恺;熊进;陈一心;邱勇;;全身性高频率低能量振动对骨折软骨内成骨过程的影响[J];中国骨与关节损伤杂志;2010年02期

6 谢利娜;潘巨利;;骨生长因子的研究进展[J];北京口腔医学;2009年02期

7 任可;张春才;赵建宁;陈勇;孙剑伟;李波;;持续动态压应力下骨折愈合时软骨内骨化的特点及其机制[J];解剖学杂志;2008年04期

8 朱兴华,宫赫,白雪飞,王福荣;弹性模量与表观密度的分段函数关系用于股骨近端的结构模拟[J];中国生物医学工程学报;2003年03期

9 李强一,张秋琴,韩擎天,王以进;股骨远端骨折三种内固定方法生物力学比较研究与临床应用[J];骨与关节损伤杂志;2001年04期

10 刘振东,范清宇;骨折愈合的基本概念[J];中国矫形外科杂志;1998年05期

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本文编号：475773