具有可量化站立位负重面积的股骨近端有限元建模

摘要：

有限元技术在数字化骨科研究中发挥着重要作用。其中，作为人体最大的负重关节，髋关节相关的有限元分析一直是研究焦点。研究人员对站立髋关节模型进行力学研究，并认识到在站立姿势下，股骨头的接触面积以及负重面积是力的直接作用面，其位置分布和大小直接影响股骨头的应力分布。然而，在大多数股骨有限元模型相关的研究中，该区域的划分是模糊的、不精确的和非个体化的。为了探讨股骨头在站立位置的承重面积以及力的直接活动面的位置分布和大小对有限元分析结果的影响，该研究招募了5名成年志愿者，用一种专利设备，在相同的模拟双足站立姿势下进行X线和CT检查。计算出X线图像上的二维负重面积，根据CT数据重建股骨近端三维模型，并对其进行配准，实现二维负重面积向三维量化面积转换。随机选取股骨近端其中一个三维模型进行有限元分析，定义三种不同的加载面，并比较它们的有限元结果。结果显示，5名志愿者共构建了10个负重面，主要是呈新月形分布于股骨头的穹顶和前外侧，范围为1 218.63～1 871.06 mm
2。三种不同载荷条件下股骨近端有限元模型的应力大小和分布存在显著差异，负重面积量化的加载工况更符合髋部的物理现象。该研究通过一套简单的方法量化站立时股骨头负重面积的位置分布和大小，实现股骨近端有限元模型的个体化重建。该方法在不增加实际建模难度的情况下，可定义更合理的载荷面设置。

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在线出版日期：2023-05-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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