基于显微磁共振成像和有限元分析的股骨近端微观力学行为研究

• 作者: 刘有军 刘艳东 张凌云 张薇 杨海胜 梁伟 王玲 程晓光
• 来源期刊: 北京生物医学工程
• 学科: 医学
• 关键词: 显微磁共振成像 有限元分析 骨质疏松 股骨 骨折风险评价
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 所属期刊栏目: 论著
• 页码范围: 111-116
• 页数: 6页
• 分类号: R318.01
• 字数: 3821字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-3208.2020.02.001

摘要

目的 本研究利用高分辨率显微磁共振成像(micro-magnetic resonance imaging,μMRI)在呈现骨微结构方面的优势和对人体无辐射的优点,结合有限元分析(finite element analysis,FEA),无创探究人体在自然站立状态下股骨近端微观力学行为,明确股骨易骨折危险区域,为μMRI-FEA未来临床应用提供理论基础.方法 采集5例年龄55～63岁女性志愿者(58.4岁±3.4岁)的股骨近端μMRI图像.将图像中骨骼和软组织分割,三维重建得到包含股骨近端皮质骨和松质骨微结构的大尺度三维有限元模型(约一千万六面体单元),赋予非均匀材料属性.模拟人体自然站立时股骨的受力,将其远端固定,在股骨头部位施加压缩载荷,进行线弹性有限元分析,得到股骨近端的应力和应变分布,并选取股骨颈和大转子部位10 mm3松质骨感兴趣区域进行比较.结果 人体自然站立姿态下,股骨颈上、下侧皮质骨分别出现拉、压应力集中现象.股骨颈松质骨感兴趣区域在上下(superior-inferior,SI)、内外(medial-lateral,ML)和前后(anterior-posterior,AP)三个方向上的正应力(σSI、σML、σAP)分别为大转子部位的13.4倍、2.2倍和1.9倍;正应变(εSI、εML、εAP)分别为大转子部位的7.4倍、5.0倍和4.0倍.结论 自然站立时股骨颈皮质骨和松质骨所受应力和应变较大,提示股骨颈是易发生骨折的高危区域,与临床观察一致.本研究为μMRI-FEA未来应用于临床无创评估股骨骨折风险进而鉴别骨折高风险人群提供了一定的前期理论支撑.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	程晓光	北京积水潭医院放射科	236	1717	20.0	30.0
2	刘有军	北京工业大学生命科学与生物工程学院生物医学工程系	94	1019	20.0	28.0
3	王玲	北京积水潭医院放射科	29	150	8.0	11.0
4	张薇	北京积水潭医院放射科	13	57	4.0	7.0
5	梁伟	北京积水潭医院放射科	17	134	7.0	11.0
6	张凌云	北京工业大学生命科学与生物工程学院生物医学工程系	1	1	1.0	1.0
7	刘艳东	北京积水潭医院放射科	2	1	1.0	1.0
8	杨海胜	北京工业大学生命科学与生物工程学院生物医学工程系	1	1	1.0	1.0