基于CT灰度值赋值的股骨头坏死有限元模型对比

• 作者: 何海军 孙继高 李泰贤 李龚 薛志鹏 陈卫衡 黄泽青
• 来源期刊: 中国组织工程研究
• 学科: 医学
• 关键词: CT灰度值赋值 股骨头坏死 有限元模型 单元数 节点数 应力分布 最大等效应力 最大总形变量
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 骨与关节图像与影像
• 页码范围: 395-400
• 页数: 6页
• 分类号: R445|R681|R318
• 字数: 6529字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2414

摘要

背景:目前研究股骨头有限元模型多采用单例或较少样本建模用于特定的生物力学研究,对于模型稳定性研究不多.目的:以正常股骨头和股骨头坏死建模进行多样本的模型对照,通过应力分布规律和力学参数的对比,分析模型的准确性和稳定性,为股骨头坏死塌陷防治提供力学基础.方法:选择20髋经1年非手术治疗稳定未塌陷的股骨头为实验组,20髋单侧股骨头坏死患者的健侧设为正常组.采集股骨头CT数据分别建立有限元模型,观察正常股骨头与股骨头坏死应力分布、股骨头负重区最大等效应力与最大总形变量,对比并统计分析.研究方案经中国中医科学院望京医院医学伦理委员会批准,患者签署知情同意书.结果 与结论:①建立了正常股骨近端、无坏死股骨近端和坏死骨有限元模型,单元数和节点数分别为502 568±114 196、692 608±154678,449 954±125 824、623 311±171 401,19 133±13 167、27 577±19 131;②模拟单足站立位进行载荷设定的云图显示:当施以体质量2.5倍压强作用于股骨头负重区表面时,正常股骨头负重区表面应力均匀,应力延压力性骨小梁均匀分布在股骨头内,股骨距承受大部分应力;股骨头坏死负重区表面及坏死区出现应力集中区域,头内应力分散于股骨头颈交界,股骨颈内外侧应力相当,且股骨头坏死产生的形变多于正常股骨头;③股骨头坏死与正常股骨头的负重区最大总形变量分别为(4.14±1.31),(1.36±0.22) mm,最大等效应力分别为(1.94±0.77),(0.75±0.19)MPa,差异有统计学意义(P＜0.05),且两组数据偏于集中,模型稳定性较好.通过多样本的正常股骨头与股骨头坏死比较,证明了基于CT灰度值直接赋值反映了股骨头坏死的实际力学特性,具有较好的准确性和稳定性.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	陈卫衡		123	1759	25.0	36.0
2	何海军		40	506	12.0	22.0
3	李泰贤		16	16	2.0	3.0
4	薛志鹏		18	11	1.0	1.0
5	黄泽青		7	3	1.0	1.0
6	孙继高		11	5	1.0	1.0
7	李龚		2	0	0.0	0.0