有限元分析在骨盆骨折生物力学研究中的应用

《基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折分型》篇一一、引言随着现代医学技术的飞速发展，对于骨折的精确诊断和治疗已成为医学领域的重要研究方向。

跟骨骨折作为一种常见的骨折类型，其诊断和治疗更是需要精细的操作和准确的判断。

传统的跟骨骨折分型方法主要依赖于医生的经验和肉眼观察，但这种方法往往存在主观性和误差。

近年来，随着计算机辅助技术的广泛应用，尤其是三维有限元技术和Mimics技术的应用，为跟骨骨折分型的准确性和精确性提供了新的可能性。

二、三维有限元和Mimics技术在医学中的应用1. 三维有限元技术：三维有限元技术是一种基于数学和物理原理的计算机模拟技术，它可以模拟人体骨骼的力学特性和生物力学行为。

在医学领域，三维有限元技术被广泛应用于骨折的诊断和治疗，通过建立精确的三维模型，可以帮助医生更好地了解骨折的形态和位置。

2. Mimics技术：Mimics技术是一种基于医学影像数据的三维重建技术，它可以将医学影像数据转化为三维模型，帮助医生更直观地了解病变部位的形态和结构。

在跟骨骨折的诊断中，Mimics技术可以提供详细的跟骨形态信息，为分型提供重要依据。

三、基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折分型研究1. 实验方法：本研究采用三维有限元技术和Mimics技术对跟骨骨折进行分型研究。

首先，收集跟骨骨折患者的医学影像数据，利用Mimics技术进行三维重建，获取详细的跟骨形态信息。

然后，利用三维有限元技术建立跟骨的三维模型，分析骨折部位的力学特性和生物力学行为。

最后，根据骨折的形态和力学特性进行分型。

2. 实验结果：通过本研究的实验方法，我们得到了详细的跟骨形态信息和骨折部位的力学特性。

根据骨折的形态和力学特性，我们将跟骨骨折分为四类：I型为关节内骨折，II型为关节外骨折伴关节面移位，III型为关节外骨折无移位，IV型为其他特殊类型骨折。

同时，我们还发现不同类型的跟骨骨折在生物力学行为上存在显著差异，这为制定个性化的治疗方案提供了重要依据。

对标本骨盆进行生物力学研究-运动生物力学论文-体育论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——骨盆骨折病情严重，治疗不当的话往往出现较严重的并发症。

据文献[1-2]报道，骨盆骨折致死率为5%~20%左右，而致残率却高达50%~60%。

因此，本研究通过对标本骨盆进行生物力学研究，为治疗提供一种能有效减少骨折损伤并发症的生物力学依据，现报告如下。

1材料与方法1.1一般材料选取实验室用一年内尸体标准6具，其中男4具，女2具；年龄35~54岁，平均(42.58.3)岁。

所用标本经X线摄片均未有骨质疏松等骨骼相关疾病。

取标本包括腰四及股骨近端三分之一之间的完整骨盆模型，除去皮肤、肌肉、结缔组织，只保留髋关节囊、骨间韧带、耻骨联合及骨盆后方诸韧带。

1.2方法1.2.1单纯垂直作用力将制作好的模具放入夹具内，模拟人体正常站立。

以应变花布置测试点，如图1所示，选取20个观察点(骶髂关节两侧)。

将模具置于力学实验机上，以10N/S的垂直作用力作用于模具上，应用应变仪分别记录模具在耻骨联合正常、耻骨联合分离1cm、2cm、2.5cm时模具承受依次100N/S、200N/S、300N/S、400N/S、500N/S作用力时的应变值。

每个模具实验过程重复三次取平均值。

1.2.2垂直作用力结合扭转作用力在对模具施以垂直作用力同时，向模具逆时针方向加以10~80N/S的力，同时采集相应的应变值。

1.3统计学处理应用SPSS16.0统计软件进行数据分析，正态分布的各统计指标均以均数标准差(x-s)表示，不同耻骨联合分离数据作用于同一位点产生的数值比较应用t检验，P0.05为差异有统计学意义。

2结果2.1单纯垂直作用(1)耻骨联合未分离：点1~3、6、7、9、10、13、14、17~19处随垂直作用力加大时应变值变化逐步增大(P0.05)。

其余各点应变值稍有变化，但是差异无统计学意义(P0.05)。

(2)耻骨联合分离从1cm逐步增大至2cm时，点1~5、8~10、12、15~19处应变值也随之增大(P0.05)，而点6、7处应变值则随之减小(P0.05)。

有限元分析模型在女性盆底功能障碍性疾病研究中的应用及意义陈茜;卢媛;尧良清【摘要】Pelvic floor dysfunction is a common disease in elder women. The incidence increases year by year ,it has a serious impact on the health and quality of life in elder women. With the development of medical imaging technology and computer technology,the finite element analysis of pelvic biomechanics becomes the hot spot in the study of pelvic floor dysfunction. At present,the finite element analysis has already been widely used in orthopedics,however,because of the complex anatomy of pelvic floor,and the difficulty of building a model accurately,the domestic research on the finite element of pelvic floor is still in its infancy. The establishment of the finite element model of pelvic floor and the mechanical analysis ,not only can help the gynecologist to understand the mechanism of pelvic floor dysfunction ,but also can help them to make the optimal surgical plan and to predict the efficacy of the treatment. With the continuous improvement of medical imaging technology and computer hardware,we believe that the application of finite element analysis method will play an important role in the gynecology.%女性盆底功能障碍性疾病的发病率逐年升高，严重影响中老年妇女的身心健康和生活质量。

有限元法分析不同内固定方法治疗复杂性骨盆骨折的力学稳定性王叙进;方诗元;徐磊;杨家照【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2018(022)027【摘要】背景:切开复位内固定可用于不同类型骨盆骨折治疗中,有助于降低并发症发生率,但是其固定效果缺乏力学验证.目的:对不同内固定方法治疗复杂性骨盆骨折的力学稳定性进行有限元分析.方法:选择健康男性1名作为观察对象,采用64排螺旋CT常规扫描,层厚1mm,获得二维CT数据,以医学数字成像、通信格式进行存储.利用Mimics、Geomagic studio及Abaqus软件完成志愿者骨盆有限元模型,建立复杂骨盆骨折有限元模型,分别置入3种不同的内固定器械,完成不同内固定方法治疗骨盆骨折的模型,内固定完成后模拟向骶骨施加500N垂直负荷,计算相应的力学参数,比较不同内固定方法治疗复杂性骨盆骨折的力学稳定性.结果与结论:①志愿者CT数据下建模后,正常的骨盆三维有限元模型测量点a点位移为0.53mm,应力负荷正常生理,并且骶髂关节受力位移与既往有限元生物力学分析相似,课题建立的有限元模型成功;②在模型加载500N垂直负荷下,螺钉固定受最大应力为440.85Mpa,集中在复杂性骨盆骨折部位;重建接骨板最大受力为1332.56Mpa,位于钉板结合部位;外支架最大受力为1834.85Mpa,位于钉板结合部位;③在模型加载500N垂直负荷下,螺钉固定应变、整体位移、分离位移值均低于重建接骨板和外支架(P<0.05);重建接骨板应变、整体位移、分离位移值均低于外支架(P<0.05);④提示3种内固定物相比,采用螺钉内固定治疗复杂性骨盆骨折能获得更优的稳定性;利用有限元分析能反映不同内固定方法治疗复杂性骨盆骨折力学的稳定性,临床治疗时应根据每位患者的实际情况选择合适的内固定方法,开展个体化治疗.【总页数】5页(P4354-4358)【作者】王叙进;方诗元;徐磊;杨家照【作者单位】安徽省立医院骨科,安徽省合肥市 230022;安徽省立医院骨科,安徽省合肥市 230022;安徽省立医院骨科,安徽省合肥市 230022;安徽省立医院骨科,安徽省合肥市 230022【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.不同内固定方法治疗骨盆骨折合并骶髂关节脱位的临床疗效比较 [J], 徐火荣;徐文强2.微创骶髂螺钉经皮固定结合外固定支架治疗复杂性骨盆骨折临床分析 [J], 胡宁敏;陈丹祎;杨海波;安维军;米占虎;邱少东;王自立3.有限元法分析不同内固定方法治疗复杂性骨盆骨折的力学稳定性 [J], 王叙进;方诗元;徐磊;杨家照;4.两种不同内固定方法治疗踝关节骨折的效果观察及并发症发生率影响的临床对比观察与分析 [J], 冯跨; 朱丽娟; 陈传杰; 李大成; 王雪燕; 孟繁杰5.不同髓内固定方法治疗老年耻骨上支骨折的有限元分析 [J], 郑永泽;陈心敏;郑利钦;李木生;梁子毅;林梓凌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折分型在临床中的应用》篇一一、引言随着现代医学技术的不断进步，对骨折的精确诊断和有效治疗已成为骨科领域的重要研究方向。

跟骨骨折作为常见的足部骨折类型，其诊断和治疗对于患者的康复至关重要。

近年来，基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折分型在临床中得到了广泛应用。

本文将详细介绍这两种技术在跟骨骨折诊断和治疗中的应用，并探讨其优势和挑战。

二、三维有限元技术在跟骨骨折诊断中的应用三维有限元技术是一种基于计算机模拟的生物力学分析方法，能够精确地模拟骨骼的结构和力学性能。

在跟骨骨折的诊断中，三维有限元技术可以通过对患者的CT或MRI图像进行三维重建，生成跟骨的三维模型。

通过分析模型中的应力分布和骨折部位的力学特性，医生可以更准确地判断骨折的类型和严重程度。

首先，医生根据患者的影像学资料，利用专业的医学图像处理软件（如Mimics）进行跟骨三维模型的构建。

在模型中，可以清晰地看到跟骨的骨质结构、关节面以及骨折部位。

然后，通过有限元分析软件对模型进行力学分析，了解骨折部位的应力分布和位移情况。

这些信息对于医生判断骨折类型、制定治疗方案以及评估预后具有重要价值。

三、Mimics技术在跟骨骨折分型中的应用Mimics是一种常用的医学图像处理软件，具有强大的三维重建和测量功能。

在跟骨骨折分型中，Mimics可以帮助医生更准确地评估骨折部位的位置、移位程度以及关节面的损伤情况。

通过Mimics软件，医生可以快速完成跟骨的三维重建，并在模型上进行各种测量和分析。

例如，可以测量骨折部位的位移、角度以及关节面的塌陷程度等。

这些信息对于确定骨折分型、制定治疗方案以及评估手术效果具有重要意义。

此外，Mimics还可以帮助医生了解跟骨周围软组织的损伤情况，为手术提供更全面的信息。

四、基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折治疗策略基于三维有限元和Mimics技术的跟骨骨折分型，医生可以制定更为精确的治疗方案。

基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析人体骨骼结构是由各种骨骼组成的复杂系统，它在支撑和保护身体的同时，也承载着各种外力。

为了更好地了解人体骨骼在运动中的应力和变形情况，可以运用有限元分析方法，通过数值模拟来研究其力学行为。

有限元分析是一种数值计算方法，它将复杂的结构分割为许多小单元，通过数学模型来近似描述原始结构的力学行为。

在应用有限元分析方法进行人体骨骼结构研究时，首先需要获取人体骨骼的三维模型数据。

这可以通过医学影像技术，如CT扫描或MRI扫描，来获取。

通过对骨骼结构进行有限元网格划分，即将骨骼模型分割为许多小单元，可以将骨骼结构分割成骨骼片、骨骼节段等。

然后，在每个小单元上建立相应的位移、应力和应变方程，通过有限元法求解这些方程，可以得到骨骼结构在受力情况下的响应。

通常，人体骨骼结构有限元分析的目的是研究其在不同负荷条件下的应力分布、应变形变和力学特性。

例如，可以模拟人体骨骼在行走、跑步、承重等运动中的应力分布情况，以评估不同运动方式对骨骼的影响。

通过有限元分析，可以进一步探索骨骼结构受力情况对人体健康的影响。

例如，可以模拟骨折的发生和愈合过程，研究骨折部位的应力分布和应变情况，为临床医生提供指导意见。

此外，有限元分析还可以研究人体骨骼的生物力学性能，如疲劳寿命、材料刚度等，为设计和优化人工骨骼植入物提供参考。

然而，基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析也面临一些挑战和限制。

首先，人体骨骼结构的模型复杂度高，其几何形状和材料性质具有很大的个体差异性，需要准确的模型参数来进行分析。

其次，人体骨骼结构在运动中会受到多种力的作用，如集中力、均布载荷等，如何准确描述这些力对骨骼的影响，是一个难题。

此外，人体骨骼结构的生理和病理状态也会对分析结果产生影响，如骨质疏松、骨病等。

综上所述，基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析是一种有效的研究方法，可以揭示骨骼在受力情况下的行为和性能。

通过这种方法，可以深入了解人体骨骼的力学特性，为运动损伤防护、骨折治疗和人工骨骼植入物设计提供科学依据。

基金项目：浙江省医药卫生一般研究计划（编号：2014KYB262）；温州市科学技术局项目（编号：Y20130330）Fund program ：The Health and Family Planning Commission of ZhejiangProvince （No．2014KYB262）通讯作者：刘良乐E -mail ：153043716＠qq．comCorrespondin g author ：LIU Liang -le E -mail ：153043716＠qq．com临床工作中骨盆骨折中前环损伤较为常见。

单纯的耻骨支骨折往往可以保守治疗，但对于那些高能量损伤导致的不稳定骨盆骨折患者，在固定骨盆后方结构的同时往往需要对前方结构进行手术治疗［1］。

早期用于治疗骨盆前环损伤的方法包括传统的髂腹股沟入路，但通过这个切口创伤大，且一旦操作不慎，有血管和神经损伤的严重后果。

也有学者利用前方外固定架急诊治疗骨盆前环骨折，但因钉道感染、松动以及支架与皮肤撞击等并发症而饱受诟病［2］。

近年来，随着手术经验的积累、器械的发展以不同方法治疗不稳定骨盆骨折中前环损伤的有限元分析刘敏1，周晓赛2，王俊诚1，刘良乐1，王伟良1，蔡春元1，杨国敬1（1．温州医科大学附属第三医院骨科，浙江温州325204；2．瑞安市中医院放射科，浙江温州325204）【摘要】目的：比较5种不同固定方法治疗不稳定骨盆骨折中前环损伤的生物力学稳定性，为临床治疗提供参考。

方法：使用三维有限元方法，建立一侧骶髂关节脱位合并耻骨支骨折的不稳定骨盆骨折模型（T ile C 型），模拟前方采用5种不同的固定方法，后方统一采用骶髂螺钉进行固定，并在模拟站立状态下比较分析不同组合固定方法治疗后的骨盆环的v on Mises 应力及应变分布情况。

结果：竖直方向500N 载荷加载后，前方骨折处最大应力3．56MPa （前方外固定架组），骶髂关节和骨折处总位移和Y 轴上垂直位移在应力下均未超过1．5mm 。