不同坏死范围下股骨头坏死区应力分布的有限元分析

摘要：

目的:探讨股骨头坏死范围对坏死区应力分布的影响.方法:采用中国虚拟人男1号数据集,利用Mimics软件分别建立坏死组织体积分数为30％、50％和60％的股骨头坏死有限元模型,并利用Ansys软件进行分析.对上述股骨头坏死模型分别施以1 440N、2400 N、4200 N载荷,根据不同载荷及坏死范围,共设置9个股骨头坏死模型,分别测定坏死区表面和底部的应力分布情况、应力峰值,并分析股骨头塌陷的可能性.结果:①股骨头坏死区表面应力分布情况.相同坏死范围下,股骨头在不同载荷作用下,坏死区表面应力分布基本一致,载荷越大,相应区域的应力值越大；坏死组织体积分数为30％时,应力分布越接近活骨组织其应力值越大,表面峰值应力区位于死骨与活骨交界边缘的外后方；坏死组织体积分数为50％、60％时,股骨头坏死表面范围超过了股骨头承重面,二者应力分布类似,股骨头峰值应力区位于股骨头后外侧,坏死股骨头表面后方出现多点、多区的应力集中,前外侧则出现1条相对于周围应力增高的应力带.②股骨头坏死区底部应力分布情况.相同坏死范围下,股骨头在不同载荷作用下,坏死区底部的应力分布基本一致,载荷越大,相应区域的应力值越大；坏死组织体积分数为30％时,坏死区底部应力分布以外侧、后侧为主,越接近活骨组织其应力值越大,峰值应力区位于死骨与活骨交界边缘的后方；坏死组织体积分数为50％、60％时不同载荷下股骨头坏死区底部应力分布类似,外侧及后侧存在明显的多点、多区应力增高,峰值应力区位于股骨头坏死区基底部的外侧,基底部前方存在散点应力增高区.③股骨头坏死区表面与底部的峰值应力.股骨头坏死区底部的应力明显较股骨头坏死区表面高；在4 200 N载荷作用下不同坏死范围的3种模型及2400N载荷作用下坏死组织体积分数为30％的坏死模型的坏死区底部的峰值应力(0.992 MPa、0.685 MPa、0.692 MPa、0.567 MPa)均超过坏死骨组织的临界应力(0.55 MPa).④不同坏死范围下股骨头塌陷的可能性.9个坏死股骨头模型仅坏死区底部峰值应力点及附近小部分区域超过临界应力,其余大部分区域均未超过临界应力,即所有模型中坏死组织仅发生应力代偿不全性微骨折.结论:坏死范围影响股骨头坏死区的应力分布；坏死区底部的应力高于坏死区表面；应力峰值超过临界值时出现软骨下深部松质骨微骨折,是导致股骨头塌陷的直接原因.

关键词：股骨头坏死、坏死范围、应力分布、塌陷、有限元分析

所属期刊栏目：24

分类号：R6 ;R31

在线出版日期：2013-01-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：10-15