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相似文献
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1.
背景:研究报道股骨头前外侧柱对保髋的疗效起到关键性的作用,而中日友好医院分型(CJFH分型)强调前外侧柱的重要性,目前此分型中L型钽棒置入治疗的三维有限元研究不多。目的:以钽棒置入术为例,建立正常、坏死和L型坏死区前外侧柱钽棒置入的髋关节仿真的三维有限元模型,并进行有限元分析及力学效能对比,探讨前外侧柱的完整性对保髋疗效的重要性,为CJFH分型的治疗提供生物力学依据。方法:股骨头坏死的CJFH分型中L1、L2、L3型的坏死髋关节三维模型和正常髋关节三维模型选用团队已经做好的模型。在此基础上建立钽棒置入坏死股骨头的三维有限元模型,进行有限元分析。观察正常股骨头、坏死股骨头和钽棒置入坏死股骨头皮质骨壳应力分布及最大Mises应力值,对比并进行统计分析。结果与结论:(1)L型坏死股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力均较正常股骨头升高,其中L1型升高21.76%,L2型升高31.02%,L3型升高42.79%;(2)钽棒置入术后股骨头负重区皮质骨壳的最大Mises应力较术前下降,其中L1型下降13.38%,L2型下降8.81%,L3型下降11.45%;(3)表明当股骨头发生坏死时,因坏死骨承载应力下降,导致股骨头皮质骨壳应力集中,所以坏死较正常的最大应力大,而分型程度越高,皮质骨壳所要承载的应力集中就越大;钽棒置入后承载了一部分应力,分型程度越低,纠正越明显;(4)结果表明,钽棒置入术纠正了坏死股骨头皮质骨壳部分应力,钽棒在一定程度范围内可以进行塌陷预防及起到支撑软骨下骨的生物力学作用;坏死股骨头外侧柱的完整性影响保髋疗效,可能外侧柱的存留越多,保髋疗效越好,而CJFH分型程度越高,塌陷风险越高,保髋疗效也越差。  相似文献   

2.
BACKGROUND: Core decompression and tantalum rod implantation after core decompression are common methods to repair early and middle stages of necrosis of femoral head, can effectively control and even reverse the progress of necrosis of the femoral head. Comparison of mechanical support and curative effect of femoral head after operation deserves further investigation. OBJECTIVE: To explore the effect of core decompression on mechanical pulp femoral head support by using the finite element analysis and the advantages of tantalum implant treatment in the repair of avascular necrosis of the femoral head.  METHODS: The right femur of healthy adults was chosen as the research object, and CT scanning was conducted to get the images of cross-sections. The images were then inputted into computer to get contour of femur and rebuild three-dimensional model. Distal end of femur was completely fixed, the angle of the top of femoral head and the femoral shaft was 25°, and 570 N pressure on the femoral head was applied according to the three-dimensional space distribution of femur force under physiological state. Three-dimensional finite element models were calculated to get the collapse values in different necrotic areas of the femoral head before and after different repair methods. RESULTS AND CONCLUSION: After core decompression, collapse values were apparently increased, especially in the weight-bearing area. With increased range of necrosis, collapse values also increased. After core decompression, collapse values decreased obviously after porous tantalum rod implantation. Although core decompression could remove dead bone, decompression itself further reduced the mechanical properties of the femoral head and changed the original femoral head support. On the basis of core decompression, porous tantalum rod provided safe and effective mechanical support for femoral head and subchondral bone plate, could effectively prevent collapse and provide conditions for the restoration of bone tissue.   相似文献   

3.
目的对比研究3种治疗成人股骨头缺血性坏死方法的生物力学行为;总结最合适的钽块大小、植入位置和植入试验股骨头模型后防止塌陷的效果。方法选择健康成人右侧股骨为研究对象,经层厚2.0mm的螺旋CT扫描得各断面图象,输入计算机识别和提取股骨轮廓并行三维重建。按生理状态下股骨力载荷的三维空间分布,施加髋关节接触力1620N,外展肌合力1061N,髂胫束力1720N。对股骨头三维有限元模型进行计算,求出股骨头受力模型在3种不同处理方法下,不同直径和形状钽金属植入股骨头模型后股骨头负重区表面的塌陷值。结果髓芯减压+植骨+钽块植入组防止股骨头塌陷效果较髓芯减压+植骨组、髓芯减压+植骨+钽棒植入组有明显改善,而髓芯减压+植骨组与髓芯减压+植骨+钽棒植入组随坏死角度增大后无明显差异。结论植入钽金属块后尽可能靠近负重区关节面对股骨头予以支撑,能有效阻止和限制坏死继续进展;植骨加钽棒植入在小范围坏死时尚有一定的支撑作用,当坏死范围增大后不能增加股骨头的机械支撑力;钽金属块植入组治疗股头缺血性坏死明显优于钽金属棒植入组;钽块的最佳植入位置在股骨头负重区正下方软骨板下0~3mm。  相似文献   

4.
三维重建及有限元分析预测股骨头坏死塌陷   总被引:3,自引:0,他引:3  
通过三维重建技术对坏死股骨头的MRI影像进行重构,获得坏死股骨头的三维几何模型,并由几何模型测量得到股骨头及坏死病灶的体积;同时进行临床实验获得真实坏死股骨头的体积数据。通过对38例患者股骨头的计算机模型和数据与临床实验数据的统计分析,讨论了股骨头坏死病灶大小和部位与股骨头塌陷的关系。然后根据股骨头的坏死区域与所受载荷大小不同,共进行了15组的股骨头受力有限元分析,对坏死股骨头的塌陷情况作了验证。结果表明,本研究提供了一种有效的方法,指导临床选择最佳的治疗方案。  相似文献   

5.
目的探讨吻合血管游离腓骨移植治疗股骨头坏死的手术技巧及近期临床疗效。方法回顾性分析2009年3月~2011年11月期间,采取吻合血管游离腓骨移植治疗15位患者19例髋关节股骨头坏死,通过临床髋关节功能Harris评分和影像学X线片及其术后并发症评价此方法的临床疗效。结果术后所有患者均获得随访,随访时间15~24个月,平均18个月。1例患者出现股前外侧神经支配区域皮肤的麻木和感觉减退,4月后基本恢复;1例足背感觉减退,2例出现小腿外侧肌群力量减弱。未出现股骨颈骨折、髋关节不稳、感染等不良情况。末次随访髋关节Harris评分:Ⅱ期4例92.3分,Ⅲ期12例85.8分,IV期3例73.8分。X线片显示15例髋关节有不同程度改善;3例髋关节无明显变化;1例髋关节出现了恶化表现(术前为IV期)。改善率为78.94%。结论吻合血管游离腓骨移植是一种治疗股骨头坏死安全有效的手术方法,尤其是早中期患者。早期恰当的治疗可使相当数量的患者免除或推迟行人工关节置换术。  相似文献   

6.
背景:股骨头坏死是骨科难治性疾病之一,不同分期、分型下的股骨头坏死自然塌陷病程影响着该病的进展及预后。目的:探究不同中日友好医院(China-Japan Friendship Hospital,CJFH)分型下国际骨循环研究协会(Association Research Circulation Osseous,ARCO)Ⅱ期股骨头坏死未塌陷患者5年内自然塌陷病程,并分析不同CJFH分型的股骨头塌陷率及塌陷风险。方法:回顾性选取2016年10月至2017年10月在西安交通大学附属红会医院门诊确诊为ARCOⅡ期股骨头坏死未塌陷的患者为研究对象,根据是否塌陷将患髋分为塌陷组(n=82)和未塌陷组(n=70),统计不同CJFH分型的股骨头塌陷风险以及5年内塌陷时间、塌陷数量和塌陷率,并绘制不同CJFH分型股骨头的Kaplan-Meier生存曲线图。结果与结论:(1)共纳入患者97例,152髋,随访期间有82髋塌陷,总塌陷率为53.9%,其中M型、C型、L1型、L2型和L3型塌陷率分别为0.0%,36.7%,51.4%,72.2%和77.8%,各组间比较差异有显著性意义(P<0.05);(...  相似文献   

7.
BACKGROUND: Core decompression and autogenous bone grafts are widely used in treatment of early avascular necrosis of femoral head. According to the report, the success rate of this therapy has obvious difference; the reasons may be related to inaccurate puncture location and secondary damnification of repeated puncture.   相似文献   

8.
背景:利用有限元法进行模拟实验具有实验时间短、费用低、可模拟复杂边界条件、力学性能测试全面和可重复性好等优点。 目的:通过建立腓骨支撑固定融合踝关节三维有限元模型,分析其生物力学稳定性及安全性,并进一步探讨其生物力学特性。 方法:基于正常人体足踝部的三维CT断层数据集,重建踝关节几何形态,应用Abaqus6.9软件模拟踝关节4种活动模式(中立位、背屈位、内旋位和外旋位)时的受力状况,进行静力学有限元分析。 结果与结论:成功建立了腓骨支撑固定踝关节融合三维有限元模型,具有良好的几何相似性;在4种载荷下,背屈位引起的螺钉应力峰值最大,应力分布主要集中在螺钉的融合面水平,同时融合面发生的位移最大;而4枚螺钉中,胫骨后外侧螺钉应力最大;外侧支撑腓骨的应力主要集中在钉孔周围及上下钉孔之间的腓骨体部。说明踝关节行腓骨支撑固定融合时,应注意合理放置2枚交叉螺钉,避免应力过分集中,而内固定后应加强抗背屈方向的制动;在处理外侧支撑腓骨时,螺钉钉孔应避免靠近腓骨边缘且上下钉距不宜过大,可有效降低内固定失效的风险。 关键词:腓骨;踝关节;螺钉;融合;有限元;生物力学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.004  相似文献   

9.
随着计算机技术的发展,大型的图形处理工作站已经很容易在个人电脑中实现。新的理念如数字化骨科、虚拟人、机器人手术系统以及手术导航系统的出现,标志着计算机技术在骨科的应用增大,计算机技术正日益与骨科密切结合起来。而以三维有限元为首的生物力学分析技术,因为其操作的简单性,数据可靠,在骨科中得到了推广,应用范围日益  相似文献   

10.
目的探讨经大粗隆单一入路双孔道减压植骨+异体腓骨支撑治疗早期股骨头坏死(ONFH)的临床疗效。 方法采用经大粗隆单一入路双孔道减压植骨+异体腓骨支撑的方法对2011年3月至2017年3月北京积水潭医院矫形骨科收治的30例(41髋)早期ONFH患者进行治疗。所有患者术前均行双髋关节正侧位X线、CT平扫及MRI检查,根据国际骨循环研究会(ARCO)的骨坏死分期标准对其分期,其中ARCO ⅡA期1髋、ARCO ⅡB期1髋、ARCO ⅡC期33髋、ARCO ⅢC期6髋,术前评估患髋Harris评分。术后随访时复查髋关节正侧位X线及CT,评估患者术后髋关节Harris评分,以综合评价术后临床疗效。数据比较采用配对t检验及χ2检验。 结果所有患者平均随访(33.6±13.2)个月,术前Harris评分为(74.2±5.81)分,优良率为12.20%;末次随访Harris评分为(87.7±7.2)分,优良率为80.49%;末次随访时Harris评分及术后优良率均较术前明显提高,差异均有统计学意义(t=3.129,χ2=38.45;P值均小于0.05);其中,1例女性患者术前左髋ARCOⅡ期,因病情进展于术后22个月行左侧全髋关节置换术;2例3髋术前ARCOⅡC期,末次随访时病情已进展到ARCO Ⅲ期,但髋功能良好,末次随访时手术成功率为97.56%。 结论经大粗隆单一入路双孔道减压植骨+异体腓骨支撑治疗是治疗早期股骨头坏死的有效方法,该术式具有手术创伤小、术后恢复快、并发症少、临床疗效确切等优点。  相似文献   

11.
同时基于个体股骨头坏死患者的X-ray、CT和MRI图像,采用图像配准和融合技术对包含坏死股骨头的髋关节进行三维重建,获取具有高度几何相似性的三维有限元网格模型。选择1例中年女性股骨头坏死患者,分别获取X-ray、CT和MRI三套图像,采用Mimics 13.1和Pro/E 5.1软件分别基于这三套数据建立相关三维实体模型,经图像投影转换后,确定图像之间的匹配点,进行二维图像配准,配准后对成功融合的图像进行三维有限元网格模型显示。建立了具有良好几何相似性的髋关节三维有限元网格模型,包括正常皮质骨、松质骨、关节软骨和股骨头坏死区、断裂骨小梁等六部份,较真实地反映了包含坏死股骨头的髋关节的形态特征及毗邻关系,为进一步的生物力学分析和手术模拟提供了较理想的研究平台。  相似文献   

12.
背景:有多种钢板治疗跟骨骨折,但究竟哪种效果更好,目前尚无定论。 目的:在跟骨骨折三维有限元模型上模拟加载3种类型的钢板,观察比较应力、应变及移位等生物力学性能。 方法:在踝关节中立位和背伸20°位建立跟骨骨折三维有限元模型,分别模拟使用跟骨Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种形状钢板对骨折进行固定,加载后计算内固定物自身的应力分布、骨骼的应力分布及骨折块间的移位程度。 结果与结论:①两种体位骨折模型3种固定方式下的钢板应力分布都不均匀,钢板前部应力水平均高于后部,Ⅰ型钢板的应力分布相对比较均匀。②两种体位骨折模型3种固定方式下跟骨的应力最大值均在跟骨前部,而正常跟骨最大应力值在跟结节处,Ⅰ型钢板固定跟骨骨折后骨骼的最大应力值均小于Ⅱ型、Ⅲ型钢板。③两种体位骨折模型3种固定方式下均发生了骨折块间的位移,其位移趋势是一致的。结果显示,与Ⅱ型、Ⅲ型钢板固定相比较,跟骨Ⅰ型钢板固定后所承受应力更小,且应力分布更均匀,较符合生物力学原理。  相似文献   

13.
背景:脊柱侧凸是脊柱外科中常见的脊柱畸形疾病,常好发于许多儿童和青少年.严重的脊柱侧凸给患者带来身体与心理上的伤害,接受适当的手术治疗成为解决问题的有效方法.目的:文章综述了3D打印技术与有限元分析的研究背景及发展,总结并归纳了3D打印技术与有限元分析的广泛使用推动了脊柱外科矫形的发展.方法:以Scoliosis,3...  相似文献   

14.
单双侧小关节分级切除的有限元分析   总被引:8,自引:2,他引:8  
目的 :研究单双侧小关节部分和全部切除对腰椎稳定性影响。方法 :采用三维有限元法建立腰椎活动节段 (L3~L4 )的数学力学模型。结果 :全部切除L3~L4 节段间小关节 ,椎间盘纤维环的最大应力由 0 .72MPa上升为 0 .81MPa。活动节段的运动范围在单、双侧小关节切除时有明显增大 ,其最突出的倾向表现在轴向旋转和后伸旋转时 ,而前屈时最小。结论 :小关节不同程度切除后 ,腰椎活动节段纤维环最大VonMises应力的变化与其相对应的活动范围的变化呈明显的相关性。一侧小关节主要是限制活动节段向外侧扭转和向对侧弯 ,而对同侧的限制作用则较小  相似文献   

15.
文题释义: 材料赋值:由于人体骨骼结构复杂,由骨膜、皮质骨和松质骨构成,并且不同骨质的材料属性差异很大,因此在很多生物力学分析过程中为了简化模型,提高分析效率,很多学者在进行生物力学仿真研究中对骨骼模型采用了不同的赋值方法。 股骨模型材料赋值:给股骨分配不同的材料属性成为建立个性化有限元模型的基本步骤,而且材料属性分配将对分析结果产生很大的影响。但是目前有关不同赋值方法对人体骨科生物力学仿真分析研究的影响还很少有全面系统的研究。 背景:不同骨质的材料属性差异很大,因此在很多生物力学分析过程中为了简化模型,提高分析效率,很多学者在进行生物力学仿真研究中对骨骼模型采用了不同的赋值方法,而材料属性分配将对生物力学分析结果产生很大的影响。 目的:采用不同的材料属性赋值方法建立3种股骨有限元模型并进行有限元仿真分析,探究不同材料赋值方法对股骨有限元生物力学仿真分析的影响。 方法:采集志愿者股骨CT扫描数据,以DICOM格式文件导入Mimics医学影像处理软件重建股骨模型,对模型分别赋予3种不同的材料属性,即均一材料赋值、皮-松质骨赋值和灰度赋值,并将模型导入有限元分析软件Abaqus 6.14中,设置相同的载荷和边界条件进行应力及位移分析。 结果与结论:①3种股骨模型的应力输出结果相差不大,且均在合理范围内;②但是均一材料赋值股骨模型与皮-松质骨赋值股骨模型的最大应力主要分布于股骨干部位,而灰度赋值股骨模型的最大应力分布在股骨颈处,这也与现实状态下股骨骨折部位主要出现于股骨颈部位所吻合;③皮-松质骨赋值模型和灰度赋值模型输出的位移值基本一致;而均一材料赋值的股骨模型位移值最小,并且与其他2种模型位移量相差40%左右;④提示灰度赋值的方法能够较好地反映人体股骨的生物力学特性,从而可以更准确地模拟真实股骨的生物力学特征,这也为骨科生物力学进行有限元仿真建模提供了重要理论依据。 ORCID: 0000-0001-5075-7333(颜继英) 中国组织工程研究杂志出版内容重点:人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程  相似文献   

16.
髋关节置换的三维有限元分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
目的本文建立股骨髋关节置换有限元模型,并进行了静力学模拟计算,寻求假体的材料属性对髋关节置换后产生的的影响。方法运用逆向工程与有限元的基本概念和理论,采用医学专用的建模软件mimics读取原始的股骨CT图片的dicom格式,完成股骨二维重建,然后根据股骨髓腔几何解剖状态应用CAD软件设计个性股骨假体。在ansys中对两个模型进行有限元装配,进行接触耦合分析!结果建立了精确的股骨模型和设计了个性假体。利用MIMICS基于灰度值进行赋材质,实现股骨有限元模型材料正确的非均匀及各向异性描述。成功模拟了三种假体材料置换后股骨的应力。结论三种材料中复合材料假体更接近人体生理环境,减弱了假体的应力遮挡,有利于力由假体传到到股骨上。为改进人工髋关节的设计、置换和提高人工髋关节寿命提供了一些有益的依据。研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠。  相似文献   

17.
目的:通过有限元分析探讨无托槽隐形矫治器内收上颌前牙时的生物力学特性。方法:选取1名健康青年志愿者,获取其上颌骨及牙齿CBCT影像资料,构建上颌骨复合体及无托槽隐形矫治器的三维有限元模型,分析矫治器施力控根内收(工况一)以及矫治器施力控根内收辅以微种植钉与Power arm 150 g牵引力内收(工况二)下牙齿位移趋势及牙周膜应力分布情况。结果:工况一,前牙的冠根位移差分别为113.3、92.2、128.6 μm,最大牙周膜等效应力为79.6 kPa;工况二,前牙冠根位移差分别为89.3、74.3、184.2 μm,最大牙周膜等效应力为37.5 kPa。结论:无托槽隐形矫治器联合微种植钉和Power arm可改善上颌切牙倾斜移动的趋势并减少牙根吸收的风险,但对于尖牙的控制尚不足。  相似文献   

18.
咀嚼肌牵动的下颌骨三维有限元建模与数值分析   总被引:3,自引:1,他引:3  
目的:应用有限元方法分析咀嚼肌牵动的下颌骨应力状态。方法:采用数字中国人下颌骨CT图像三维重建,生成有限元模型,通过解剖学研究和测量,确立颞肌、咬肌、翼内肌、翼外肌的附着部位面积和肌力线方向。结果:建立了咀嚼肌牵动的下颌骨生物力学分析模式,有限元计算得到下颌骨应力分布状态,Von Mises应力主要集中于髁突,冠突,咀嚼肌附着部位和磨牙区,当右侧第1磨牙与第2磨牙咀嚼模拟时应力峰值为20.61MPa.当第1前磨牙与第2前磨牙咀嚼模拟时应力峰值达到了22.09MPa。结论:有限元分析技术,结合下颌骨血管神经走向及He力与咀嚼功能测定等,为下颌骨截骨术和骨牵张术提供了一种术前设计的定量方法。  相似文献   

19.
文题释义: CT灰度值赋值:此赋值法利用CT灰度的不同,将组织划分为不同的等级材料,利用数学公式将CT灰度值与弹性模量进行转换运算,将不同骨组织材料进行相应赋值,能够较真实的体现骨组织内部的复杂情况,使模型更加准确。 股骨头坏死应力集中:正常股骨头内应力延压力性骨小梁均匀分布在股骨头内,坚硬的股骨距承受大部分应力。股骨头坏死的应力因坏死区骨小梁的断裂、硬化带及肉芽带的形成无法均匀传导下行,股骨头负重区、坏死区应力分布不均匀出现多个应力集中区域,与正常股骨头不同的是,应力分散于股骨颈内外侧。 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±154 678,449 954±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。ORCID: 0000-0001-5227-532X(薛志鹏);0000-0003-0831-1201(陈卫衡) 中国组织工程研究杂志出版内容重点:人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程  相似文献   

20.
目的运用有限元分析方法,对正常及发育性髋关节发育不良(DDH)儿童股骨头近端骨骺生长板同承力情况下横断面的应力进行研究,为股骨近端截骨矫形手术提供理论依据。方法按照Tonnis分型选取40例DDH大龄儿童,其中男性11例,女性29例;年龄8~12岁,平均年龄10.14岁。分为半脱位及全脱位组。20例非DDH儿童作为正常对照组,其中男性11例,女性9例;年龄8~12岁,平均年龄10.10岁。通过二维CT技术测定各组股骨颈前倾角,通过有限元分析软件分析股骨头近端骨骺生长板在横断面上的应力情况。结果正常对照组股骨头近端骨骺生长板横断面上前内侧及后外侧的切应力和静压力相当。半脱位组及全脱位组股骨头近端骨骺生长板横断面上前内侧静压力大于后外侧,而前内侧的切应力小于后外侧。股骨颈前倾角与前后两侧静压力差呈正相关,与前后两侧切应力差呈负相关。结论 DDH大龄儿童的股骨颈前倾角随生长发育而增大。传统的股骨近端旋转截骨术在纠正发育性髋脱位儿童股骨骨骺异常应力,保证正常的头臼关系中有重要的临床意义。  相似文献   

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