股骨三维非均质建模及生物力学有限元分析研究

发布时间：2016-12-18 09:41

  本文关键词：股骨三维重建与生物力学特性分析及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

《杭州电子科技大学》 2012年

股骨三维非均质建模及生物力学有限元分析研究

袁梅娟  

【摘要】：股骨是人体的重要支撑结构，股骨受损和坏死是重大高发疾病，因此股骨的力学分析及修复技术是骨缺损研究中的热点问题。传统假体置换技术虽可替代人体股骨，但其在临床应用中存在诸如免疫排斥反应，假体脱落和个体化差异等系列问题。而随着组织工程技术和生物制造技术的发展，运用相关技术制备支架来修复各类骨缺损正成为一种新的修复方法。本课题基于组织工程中的新理论和技术，研究用计算机三维建模与有限元分析的方法重建和设计股骨模型，并用低温沉积制造技术构建股骨支架，建立能面向个体化股骨替换，克服传统股骨修复技术缺陷的新技术。 研究首先分析比较了直接建模法、坐标点建模法、组织切片建模法、基于医学图像建模三种建模方法的优缺点，选择了基于医学图像技术法进行三维股骨建模。通过CT扫描获取正常人体股骨DICOM图像，运用Mimics三维重建软件经过数据预处理，分离髋骨，髌骨与股骨，提取股骨信息，获得人体股骨CAD模型，并对模型面网格进行优化划分，重建一个可供有限元分析的宏观结构与内部构造与真实股骨相近的股骨模型。 基于有限元分析技术，对重建模型进行生物力学仿真分析，选择solid10node92单元进行体网格划分。基于股骨材质分布的非均一性以及非线性特点，研究在材料赋值时的非均一划分，运用Mimics10.0中的FEA模块附材质功能，采用灰度值等间划分法对股骨进行材料赋值。模拟正常人体站立情况下不同载荷的受力结果，固定股骨下端，沿股骨头方向对股骨施加垂直向下的载荷，最终得出股骨风险骨折范围和非均质制造数据。 最后本研究结合低温沉积制造工艺，，利用三维重建后的人体股骨CAD模型制造人体股骨支架，并在股骨支架的制造过程中，通过对扫描密度和扫描方向的调控，制备了不同参数的股骨支架，对股骨支架的孔隙率进行了表征，实验结果符合骨组织工程对孔隙率的要求。然后对股骨支架进行力学特性表征，得出支架易损部位与生物力学有限元分析结果相符，结合有限元分析结果，进行了三维非均质股骨建模，对易损部位采取加强编织密度编织，最终获得非均质股骨支架模型。

【关键词】：
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.01
【目录】：

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