郭蘇童?1，馮德宏?1，郭 宇?1，王 凌?1，丁育健?1，劉 儀?1，錢正瑛?2，李明洋?3

文題釋義：髖關(guān)節(jié)：由股骨頭及髖臼構(gòu)成，屬球窩關(guān)節(jié)，是典型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的杵臼關(guān)節(jié)。有限元分析：利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。利用簡單且又相互作用的元素(即單元)，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。摘要背景：骨密度是臨床上判斷骨骼強(qiáng)度的金標(biāo)準(zhǔn)，但骨密度對(duì)骨量變化的敏感較低，只有骨量明顯降低時(shí)骨密度才會(huì)出現(xiàn)大幅變化，故骨密度對(duì)骨強(qiáng)度變化和骨折危險(xiǎn)度的預(yù)測(cè)能力有限。目的：建立正常與骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型，分析單腿站立工況下正常及骨質(zhì)疏松患者髖部應(yīng)力及形變情況。方法：選擇1例健康成年女性志愿者為研究對(duì)象，年齡36歲，獲得該志愿者的髖部CT數(shù)據(jù)并以DICOM格式保存。對(duì)髖關(guān)節(jié)模型進(jìn)行三維重建，通過灰度賦值法賦予材料屬性，按照經(jīng)驗(yàn)公式，獲得正常與骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型。設(shè)定相同的邊界條件和載荷，模擬單腿站立位狀態(tài)下正常與骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)應(yīng)力及形變情況。結(jié)果與結(jié)論：①在正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)有限元模型中，股骨頸內(nèi)側(cè)區(qū)域應(yīng)力分布較為集中；②在髖骨中，應(yīng)力分布主要集中于髖臼上部；③正常髖關(guān)節(jié)模型比骨質(zhì)疏松性髖關(guān)節(jié)模型在股骨頸內(nèi)側(cè)、髖臼上部的應(yīng)力峰值大，可能是由于骨質(zhì)疏松性骨骼骨強(qiáng)度降低導(dǎo)致；④正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型的Von Mises峰值都集中于股骨頸內(nèi)側(cè)，髖骨Von Mises峰值較小，說明骨質(zhì)疏松對(duì)髖骨受力整體影響相對(duì)較小；⑤單腿站立位下形變方面，正常髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于髖臼與股骨頭處，骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于股骨大轉(zhuǎn)子上部；⑥提示有限元分析法模擬骨質(zhì)疏松癥骨組織的相關(guān)參數(shù)，可能會(huì)提高臨床上對(duì)骨質(zhì)疏松患者骨強(qiáng)度變化的監(jiān)測(cè)和骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)能力，從生物力學(xué)角度解釋了股骨轉(zhuǎn)子間、股骨頸是骨質(zhì)疏松性髖部骨折的好發(fā)部位。關(guān)鍵詞：髖關(guān)節(jié)；骨質(zhì)疏松；灰度值賦值法；應(yīng)力；形變；有限元0?引言?Introduction骨質(zhì)疏松癥是一種以單位體積內(nèi)骨量減少、骨脆性增加、骨密度降低、骨皮質(zhì)變薄及骨顯微結(jié)構(gòu)改變?yōu)橹饕卣鞯娜硇怨谴x性相關(guān)疾病?[1]。由于骨質(zhì)疏松導(dǎo)致骨結(jié)構(gòu)易損，患者極易發(fā)生脆性骨折，如橈骨骨折?[2]、胸椎骨折?[3]、腰椎骨折等?[4]。在所有的脆性骨折及并發(fā)癥中，髖部骨折是一種常見且嚴(yán)重的類型?[5]。近年來，國內(nèi)人口老齡化趨勢(shì)日益明顯，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率逐年升高，骨質(zhì)疏松髖部骨折的發(fā)生率也隨之升高?[6]。骨密度是臨床上判斷骨骼強(qiáng)度的金標(biāo)準(zhǔn)，其水平降低預(yù)示骨質(zhì)疏松骨折發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加，但骨密度對(duì)骨量變化的敏感較低，只有骨量明顯降低時(shí)骨密度值才會(huì)出現(xiàn)大幅變化?[7-8]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的發(fā)展，通過計(jì)算機(jī)建立更接近真實(shí)狀態(tài)的有限元模型評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)和治療效果的方法為骨質(zhì)疏松的診治提供了重要的參考。WU等?[9]?基于?CT?圖像預(yù)測(cè)骨密度和骨強(qiáng)度評(píng)估椎體壓縮性骨折的風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行了有限元分析，結(jié)果表明骨密度值不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松導(dǎo)致的椎體骨折風(fēng)險(xiǎn)，通過引入基于骨密度和基于骨強(qiáng)度的指標(biāo)，可以更精確地評(píng)估椎體骨折風(fēng)險(xiǎn)。郭文文等?[10]?建立了正常肱骨和骨質(zhì)疏松肱骨三維有限元模型，并分析了肱骨骨折的機(jī)制。楊銳敏等?[11]?按梯度建立了不同松質(zhì)骨體積分?jǐn)?shù)的股骨近端三維模型，探究松質(zhì)骨體積分?jǐn)?shù)對(duì)股骨近端表觀力學(xué)響應(yīng)的影響，為髖部骨折發(fā)生機(jī)制研究提供參考。秦大平等?[12]?通過有限元方法分析不同微創(chuàng)方法治療骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折傷椎高度恢復(fù)不全狀態(tài)下，不同工況下脊柱及相鄰椎體附屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，為骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折篩選治療策略提供依據(jù)。此次研究通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)對(duì)正常髖關(guān)節(jié)?CT?數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用?Mimics?軟件、3-matic?軟件基于灰度值賦值法建立正常與骨質(zhì)疏松癥髖關(guān)節(jié)的三維有限元模型，并利用?AnsysWorkbench?軟件進(jìn)行分析，比較單腿站立工況下正常與骨質(zhì)疏松癥髖關(guān)節(jié)有限元模型的應(yīng)力及形變情況。1?對(duì)象和方法?Subjects and methods1.1?設(shè)計(jì)建立正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型，并進(jìn)行有限元分析。1.2?時(shí)間及地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)于?2022?年?8-10?月在在南京醫(yī)科大附屬無錫人民醫(yī)院完成。1.3?對(duì)象選擇?1?例健康成年女性志愿者為研究對(duì)象，36?歲，身高?160 cm，體質(zhì)量?50 kg，既往無髖關(guān)節(jié)骨折、腫瘤、畸形、骨代謝性疾病及肝腎功能嚴(yán)重異常等病史，既往未服用如雙膦酸鹽類和激素類及其他影響骨代謝的藥物。獲得該志愿者的髖關(guān)節(jié)?CT?數(shù)據(jù)后以?DICOM?格式保存。志愿者及家屬對(duì)實(shí)驗(yàn)知情同意，并與志愿者簽署“知情同意書”。此次研究的實(shí)施符合《赫爾辛基宣言》和南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫人民醫(yī)院對(duì)研究的相關(guān)倫理規(guī)定，倫理批件號(hào)為：(2017)?倫審第?(01)?號(hào)。1.4?材料1.4.1?建模設(shè)備CT?掃描機(jī)?(?南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫人民醫(yī)院提供?)；華碩品牌筆記本電腦?(?硬件配置：CPU?為?inteli5-4200U?處理器，硬盤?750 G，內(nèi)存?8 G)。1.4.2?操作系統(tǒng)Windows 7?旗艦版64位軟件操作系統(tǒng)(Microsoft公司，美國?)。1.4.3?圖像處理及分析軟件醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)處理軟件?Mimics21.0(Materialise?公 司， 比 利 時(shí)?)；網(wǎng)格劃分軟件?3-matic13.0(Materialise?公司，比利時(shí)?)；約束條件界定的有限元分析專用軟件?Ansys workbench 18.2(Ansys?公司，美國?)。1.5?方法1.5.1?有限元模型的構(gòu)建志愿者取仰臥位，雙膝關(guān)節(jié)并攏伸直，髖關(guān)節(jié)放松，處中立位，位于掃描視野中心，縱軸方向保持不動(dòng)。采用像素?512×512，層厚?1.0 mm?的髖關(guān)節(jié)?CT數(shù)據(jù)，獲取包括矢狀面、橫斷面、冠狀面的圖像信息，同時(shí)以?DICOM?格式存儲(chǔ)。將?DICOM?格式的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入?Mimics?軟件后，確定圖像方向與人體坐標(biāo)軸的方向一致。選定合適的灰度值，根據(jù)不同組織成像的差異性，顯示骨骼與軟組織間的區(qū)別，提取出髖部骨骼的輪廓。對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割、蒙版編輯、區(qū)域增長等操作后，三維重建，得到最初的髖關(guān)節(jié)骨骼三維模型。將?Mimics?軟件中生成的髖關(guān)節(jié)三維有限元模型導(dǎo)入?3-matic軟件中，檢查三維有限元模型后進(jìn)一步優(yōu)化等處理。進(jìn)行優(yōu)化時(shí)需注意力度，保持模型的基本特征。髖關(guān)節(jié)軟骨的主要作用是潤滑和緩震，為模擬真實(shí)情況下髖部骨與骨之間力的傳導(dǎo)，添加軟骨結(jié)構(gòu)十分有必要。結(jié)合既往研究及此模型關(guān)節(jié)實(shí)際間隙，通過?3-matic?軟件建立厚度?1.0 mm?的股骨頭軟骨和厚度為?1.0 mm?的髖臼軟骨，此方法建立的軟骨與骨骼貼合較好?[13-14]。有限元模型建立過程復(fù)雜，模型處理須精確，否則將產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差，甚至無法得出正確結(jié)果。在骨骼建模中，多數(shù)研究者采用逆向建模技術(shù)重建出三維模型，但不同軟件之間的切換、導(dǎo)入，易導(dǎo)致模型的信息丟失，且建模費(fèi)時(shí)費(fèi)力，建模結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)影響后續(xù)的計(jì)算結(jié)果。此次研究基于Mimics?軟件對(duì)髖關(guān)節(jié)?CT?數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，利用?3-matic?軟件生成高質(zhì)量的有限元模型，在保證模型精度的同時(shí)減少了時(shí)間成本。建模結(jié)果如圖?1?所示。

1.5.2?網(wǎng)格劃分有限元模型網(wǎng)格的形狀、大小、疏密及分布與結(jié)果的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。劃分網(wǎng)格不僅要考慮髖關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還需考慮運(yùn)算的收斂性及分析的精確性。建立好髖關(guān)節(jié)模型后，進(jìn)入?3-matic?軟件自動(dòng)生成面網(wǎng)格，過濾細(xì)小的三角片、減少網(wǎng)格數(shù)量、網(wǎng)格自動(dòng)優(yōu)化、填補(bǔ)空洞、檢查相交網(wǎng)格并刪除，最后創(chuàng)建體網(wǎng)格。此次研究共生成體網(wǎng)格單元數(shù)為?154 561?個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為?277 913?個(gè)。經(jīng)網(wǎng)格檢驗(yàn)，此次研究無不合格網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分結(jié)果見圖?2。1.5.3 骨骼材料屬性賦予當(dāng)前建模方法多采用均質(zhì)材料屬性，然而在實(shí)際生理狀態(tài)下，人體骨骼是由多種各向異性的材料構(gòu)成?[15]，不同個(gè)體的骨組織在生物力學(xué)表現(xiàn)上不盡相同?[16]，不能反映出個(gè)體的骨質(zhì)特性，故建立個(gè)體化材料屬性的模型對(duì)髖關(guān)節(jié)有限元分析十分重要。將?3-matic?中建立的髖關(guān)節(jié)模型體網(wǎng)格導(dǎo)入?Mimics 21.0?軟件中，通過材料賦值模塊可以得到?CT?數(shù)據(jù)上每一點(diǎn)的灰度值，通過公式計(jì)算對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元進(jìn)行材料屬性賦予。依據(jù)下面文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)公式?ρ=-13.4+1 017Gv，E=-388.8+5 925ρ(ρ?為密度，Gv?為灰度值，E?為彈性模量?)，泊松比設(shè)為?0.3[17]，對(duì)正常髖關(guān)節(jié)有限元模型進(jìn)行材料參數(shù)賦值。以正常髖關(guān)節(jié)骨骼的彈性模量減少?66%、泊松比保持不變?yōu)闂l件，賦予髖關(guān)節(jié)骨骼材料屬性?[10，18]，生成骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)骨骼有限元模型?；叶戎挡牧蠈傩苑峙浣Y(jié)果見圖?3。賦予髖臼軟骨及股骨頭軟骨彈性模量為?10.5 MPa，泊松比為?0.45[19]。

1.5.4 設(shè)置邊界條件及負(fù)載分別將?2?種模型以?CDB?格式導(dǎo)入?ANSYS Workbench?軟件，在股骨上段的下端橫斷面施加垂直向上的載荷?[20]。因單腿站立狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)承受的負(fù)荷約為體質(zhì)量的?81%，故施加大小為患者體質(zhì)量?81%?的載荷，為?405 N[21]。對(duì)髖骨近端及恥骨聯(lián)合處進(jìn)行約束，在?X、Y、Z?三個(gè)方向上均無位移和轉(zhuǎn)位。1.6 主要觀察指標(biāo)通過模擬加載進(jìn)行有限元仿真分析，觀察單腿站立工況下正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)有限元模型的應(yīng)力及形變情況。2 結(jié)果 Results2.1 正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型的應(yīng)力及分布情況此次研究建立了單腿站立工況下正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)有限元模型，并在相同輸出條件下進(jìn)行應(yīng)力分析?(?圖?4-6)。4-6?可見，在正常髖關(guān)節(jié)有限元模型中，股骨頸的內(nèi)側(cè)區(qū)域應(yīng)力最大，Von Mises?峰值為?4.263 MPa；在髖骨中，髖臼上部應(yīng)力分布較為集中，Von Mises?峰值為?4.257 MPa。

根據(jù)張馨元等?[22-24]?的研究，此次研究所建模型的最大等效應(yīng)力均處于合理范圍內(nèi)，表明構(gòu)建的髖關(guān)節(jié)有限元模型有效，可進(jìn)行應(yīng)力分析。在骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)有限元模型中，股骨頸內(nèi)側(cè)區(qū)域應(yīng)力分布較為集中，Von Mises?峰值為?4.249 MPa；在髖骨中，應(yīng)力分布主要于集中髖臼上部，Von Mises?峰值為?4.209 MPa。2.2 正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型的形變及分布情況在相同輸出條件下對(duì)正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型的形變值與分布進(jìn)行分析，形變值與分布云圖如圖?7?所示。單腿站立位下形變方面，正常髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于髖臼與股骨頭處，為0.643 mm；骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于股骨大轉(zhuǎn)子上部，為?0.600 mm。

3 討論 Discussion
骨質(zhì)疏松性髖部脆性骨折是在無創(chuàng)傷或輕、中度創(chuàng)傷下出現(xiàn)的局部骨組織病變，是髖部骨強(qiáng)度下降的體現(xiàn)，是骨質(zhì)疏松癥的最終結(jié)果之一?[25]。髖部骨折后，因活動(dòng)減少會(huì)出現(xiàn)失用性骨丟失，這將進(jìn)一步加劇骨質(zhì)疏松癥的嚴(yán)重程度。嚴(yán)重骨質(zhì)疏松髖部骨折患者易發(fā)生醫(yī)源性骨折、骨缺損及內(nèi)固定失效、假體松動(dòng)等并發(fā)癥，而且骨質(zhì)疏松骨折后二次骨折的風(fēng)險(xiǎn)明顯升高?[26]。且股骨頭血供特殊，骨折部位血供減少，還易引發(fā)股骨頭缺血性壞死。故老年髖部骨折患者功能恢復(fù)不佳，生活質(zhì)量降低，甚至可能引發(fā)死亡?[27]。骨質(zhì)疏松癥是老年髖部骨折不容忽視的重要危險(xiǎn)因素，但骨質(zhì)疏松癥缺少典型癥狀，往往發(fā)生骨折才開始臨床干預(yù)。X?射線片、CT、MRI?和核醫(yī)學(xué)等影像檢查結(jié)果以及雙能X?射線骨密度測(cè)量、定量?CT?骨密度測(cè)量結(jié)果是骨質(zhì)疏松癥診斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和療效評(píng)價(jià)的主要依據(jù)?[28]。作為診斷骨質(zhì)疏松的金標(biāo)準(zhǔn)，骨密度測(cè)量間接反映骨量高低和骨骼強(qiáng)度從而預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松骨折的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)?[11]。然而，單純依靠骨密度進(jìn)行診斷具有一定的局限性，準(zhǔn)確度較低，較易漏診。約?54%?的骨質(zhì)疏松髖部骨折患者骨密度值未達(dá)到骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)?[29]。除了骨密度值外，骨骼的幾何特點(diǎn)、密度空間分布和骨材料特性也對(duì)骨強(qiáng)度有影響?[30]。骨質(zhì)疏松癥評(píng)價(jià)的最佳途徑是測(cè)量骨強(qiáng)度的方法?[31]，但是臨床上鮮有對(duì)骨強(qiáng)度的無創(chuàng)測(cè)量手段。有研究表明，有限元分析比骨密度可更有效地評(píng)估骨折風(fēng)險(xiǎn)?[32-33]。對(duì)于骨質(zhì)疏松的有限元研究主要集中在肱骨?[10]、股骨?[11]、腰椎等部位?[34]，鮮有使用有限元方法對(duì)骨質(zhì)疏松性髖關(guān)節(jié)的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有限元法以其準(zhǔn)確、快速地評(píng)價(jià)骨強(qiáng)度而得到廣泛應(yīng)用。有限元分析法模擬骨質(zhì)疏松癥骨組織的相關(guān)參數(shù)，可能會(huì)提高臨床上對(duì)骨質(zhì)疏松患者骨強(qiáng)度變化的監(jiān)測(cè)和骨折風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)能力?[29]。松質(zhì)骨承擔(dān)主要彈性形變，骨松質(zhì)中骨小梁的斷裂、減少與骨皮質(zhì)的變薄、微損傷在脆性骨折的發(fā)生起著重要作用?[35]。有研究表明轉(zhuǎn)子間皮質(zhì)骨越薄，應(yīng)力范圍越趨向分散于轉(zhuǎn)子間部位，最終可能形成轉(zhuǎn)子間骨折?[36]。大部分髖關(guān)節(jié)有限元研究基于靜態(tài)條件下，認(rèn)為應(yīng)力集中區(qū)域?yàn)楣钦燮鹗疾课?，這種方法預(yù)測(cè)的骨骼應(yīng)力情況、骨強(qiáng)度與實(shí)體實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。但僅依靠應(yīng)力云圖常難以預(yù)測(cè)骨折發(fā)生的準(zhǔn)確部位?[37]。施加載荷后，骨質(zhì)發(fā)生應(yīng)變，若載荷超過應(yīng)變范圍也將發(fā)生骨折?[38]。在正常髖關(guān)節(jié)有限元模型中，股骨頸的內(nèi)側(cè)區(qū)域應(yīng)力最大，Von Mises?峰值為?4.263 MPa；在髖骨中，髖臼上部應(yīng)力分布較為集中，Von Mises?峰值為?4.257 MPa。在骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)有限元模型中，股骨頸內(nèi)側(cè)區(qū)域應(yīng)力分布較為集中，Von Mises?峰值為?4.249 MPa；在髖骨中，應(yīng)力分布主要于集中髖臼上部，Von Mises?峰值為?4.209 MPa。正常髖關(guān)節(jié)模型比骨質(zhì)疏松性髖關(guān)節(jié)模型在股骨頸內(nèi)側(cè)、髖臼上部的應(yīng)力峰值大，可能是由于骨質(zhì)疏松性骨骼骨強(qiáng)度降低導(dǎo)致。正常及骨質(zhì)疏松的?Von Mises?峰值都集中于股骨頸內(nèi)側(cè)，髖骨?VonMises?峰值較小，說明骨質(zhì)疏松對(duì)髖骨受力整體影響相對(duì)較小。單腿站立位下形變方面，正常髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于髖臼與股骨頭處，為?0.643 mm；骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型最大形變位于股骨大轉(zhuǎn)子上部，為?0.600 mm?？赡芤?yàn)檎Ｕ玖⑽粦?yīng)力下松質(zhì)骨具有彈性穩(wěn)定作用，隨著骨質(zhì)疏松患者股骨大轉(zhuǎn)子處骨松質(zhì)減少，應(yīng)變量上升?[11]。這些都從生物力學(xué)的角度上說明股骨轉(zhuǎn)子間、股骨頸是骨質(zhì)疏松性髖部骨折的好發(fā)部位。髖關(guān)節(jié)的解剖復(fù)雜，模擬其應(yīng)力及應(yīng)變分布較為困難，而既往研究僅建立了股骨或髖骨三維模型并分析其應(yīng)力，結(jié)果或存在較大誤差?[11，39]。此次研究構(gòu)建了含髖骨、股骨近端、髖臼軟骨、股骨頭軟骨的有限元模型，或可在一定程度上解決這個(gè)問題。有研究構(gòu)建了無骶髂韌帶髖關(guān)節(jié)、無股骨近端骨盆髖關(guān)節(jié)及完整髖關(guān)節(jié)的有限元模型?[40]，也有研究的建模方式不僅涉及了股骨近端、髖骨、骶骨，而且考慮到了韌帶等軟組織結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力分布的影響?[41]，這些研究均表明有限元分析受到邊界條件設(shè)置的影響較大。但也有研究表明構(gòu)建髖骨周圍的肌肉及韌帶作為有限元分析的邊界條件，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能與實(shí)際情況有出入?[42]。此次研究利用?Mimics?軟件基于髖關(guān)節(jié)?CT?影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，利用?3-matic?軟件對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化、光順、網(wǎng)格劃分，生成高質(zhì)量的有限元模型。后基于灰度值屬性賦予正常及骨質(zhì)疏松髖關(guān)節(jié)模型的材料分布特性，既減少了因不同軟件的文件導(dǎo)入造成信息缺失而降低準(zhǔn)確性，又保證了模型的網(wǎng)格劃分質(zhì)量。再將所建模型通過有限元分析軟件?ANSYS?Workbench?設(shè)定邊界條件，模擬加載負(fù)荷，計(jì)算單腿站立位工況下正常與骨質(zhì)疏松患者髖關(guān)節(jié)的應(yīng)力及形變分布情況，結(jié)果真實(shí)可信。此外，此次研究模型可通過施加不同負(fù)荷等進(jìn)一步研究其他運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下髖關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布?[20，43]，還可根據(jù)研究內(nèi)容模擬骨折、骨質(zhì)增生、股骨頭壞死等狀態(tài)，為患者疾病的預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)等提供科學(xué)的參考?[16]。此次研究所建髖關(guān)節(jié)個(gè)體化有限元模型與實(shí)際高度符合，能得到更精確、更接近實(shí)際的結(jié)果，所提供方法或可成為一種預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松性骨折的方法，為髖部骨折發(fā)生機(jī)制的研究及疾病的預(yù)防、診治等提供參考和借鑒。然而，此次研究存在以下不足和局限性：第一，此模型只涉及骨骼和軟骨，后續(xù)研究可建立包含肌肉、韌帶等軟組織的有限元模型并進(jìn)行力學(xué)分析，以期獲得更接近人體實(shí)際的分析結(jié)果；第二，此次研究樣本量小，所建髖關(guān)節(jié)模型是根據(jù)單一受試者的幾何信息建立的，后續(xù)需進(jìn)行更多深入且完善的研究；第三，不同研究所建立的髖關(guān)節(jié)模型的建模方法、載荷及邊界條件常不同，難以定量比較；第四，髖關(guān)節(jié)的材料參數(shù)與實(shí)際或存在誤差，后續(xù)應(yīng)將有限元與實(shí)體試驗(yàn)結(jié)合并進(jìn)行對(duì)比分析，以求得到更為精確的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：略

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PART? 01

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