应用三维重建测量股骨颈前倾角的计算机方法研究

目的寻求一种测量结果更符合真实前倾角值的测量方法。方法应用计算机重建股骨CT断层图像获得三维模型,将股骨头拟合成球体以确定股骨头中心;然后截取股骨颈区域并重新分割为断层图像,测量每层的体积进行比较以确定股骨颈峡部,从而确定股骨颈中心;经三维模型表面直接选取内、外髁。结果股骨头中心、股骨颈中心的连线即为颈轴线,内、外髁的连线即为髁状轴,根据Billing对前倾角的定义,两线所形成的夹角即为前倾角。结论该研究符合定义法测量,故测量结果更为可信。     

Mimics软件在胫骨平台骨折分类及术前计划的初步应用

目的:探讨Mimics软件在胫骨平台骨折Schatzker分类及术前计划中的价值.方法:将临床胫骨平台骨折患者CT扫描图像数据导入Mimics10.01软件,三维重建胫骨平台骨折可视模型,并按Schatzker提出的标准进行分类.选取胫骨平台塌陷型骨折三维模型进行三维数据测量、开窗复位手术的初步计算机模拟、立体显示、植骨量估算.结果:重建的胫骨平台骨折三维可视模型可准确反映出骨折特点、骨折移位的方向和程度,并可进行任意旋转观察,初步实现了胫骨平台骨折术前手术设计、开窗手术的模拟、植骨量估算及三维数据测量.结论:Mimics软件重建的胫骨平台三维骨折模型可清楚显示骨折情况并明确Schatzker分类,为术前的手术设计、开窗复位的模拟、植骨量估算、三维数据测量等提供了依据.     

三维有限元模型评价股骨正常站立位的生物力学特性

背景：目前建立股骨有限元模型的方法较多,但重建所得的模型普遍存在精确性较差和效率较低的问题。目的：寻求一种快速、精确建立股骨三维有限元模型的方法,并对股骨在正常站立位下的生物力学特性进行分析以指导临床工作。设计、时间及地点：三维有限元建模,于2008-06在天津医科大学总医院骨科生物力学实验室完成实验。对象：天津医科大学总医院志愿者1名,男性,30岁,应用X射线排除股骨病变及损伤等情况。方法：在Mimics中重建符合Dicom 3.0标准的CT图像数据生成空间模型,并结合应用有限元软件ANSYS生成最终的三维有限元模型。主要观察指标：沿髋关节合力方向对模型施加350N载荷,观察股骨的Vonmises应力分布。结果：应用Mimics建立了更为精确的三维有限元模型,同时缩短了建模时间。在350N载荷作用下股骨的最大位移发生在股骨头,股骨干和股骨颈各有一个应力集中区域。结论：应用Mimics建模快速、精确。髋关节载荷传导主要通过股骨颈内侧的压力骨小梁区传递至股骨干的中下1/3交界处,提示此区域容易发生疲劳性损伤。     

股骨颈嵌插型骨折空间移位程度的三维重建研究

  目的 测量股骨颈嵌插型骨折股骨头的空间移位参数, 以重新认识股骨颈嵌插型骨折。 方法收集50 例股骨颈嵌插型骨折患者双侧股骨近端的多层螺旋CT扫描的薄层原始数据, 男17 例, 女33 例。将原始数据(DICOM格式)导入三维重建软件生成双侧股骨近端三维模型。在健侧生成骨折侧 的镜像模型并将其与健侧相配准, 使配准后的骨折侧镜像模型在CT 横截面图像上生成新的蒙罩, 在蒙 罩上进行关键点的标记, 通过软件三维测量技术计算股骨头空间移位参数, 并分析测量数据。 结果 嵌 插型骨折股骨头空间移位角度为17.17°±10.40°, 70%(35/50)的患者股骨头空间移位角度分布于10°~ 35°之间, 30%(15/50)的患者股骨头空间移位>20°;股骨头中心的移位距离为(6.49±3.60)mm, 股骨头小 凹最深点的移位距离为(10.42±5.92)mm。部分股骨颈嵌插型骨折存在很大的空间移位及成角, 将其完 全归类于Garden 玉型骨折存在一定的偏差。 结论 三维重建数字化测量技术能够更加准确、高效地测 量股骨颈骨折的真实空间移位程度。经典的股骨颈骨折Garden 分型对于嵌插型骨折的认识存在一定的 局限性;临床医生需重新认识嵌插型骨折, 从而制定更适宜的诊疗方案。     

跟骨三维有限元模型的建立与静态分析

目的 建立一个基于健康人体的跟骨三维有限元模型,静态分析双足站立相时跟骨内部的生物力学特性,探讨跟骨骨折疼痛的内外侧应力不均衡因素.方法 选取1名健康男性志愿者,年龄28岁,体重64kg.采用16排螺旋CT对足部沿横断面连续扫描,将符合DICOM 3.0标准的CT断层图像导入MIMICS10.1中,设定阈值为226～3071 Houfield unit,确定方位后经手动编辑、区域增长、形态学操作及空洞处理等,生成足部的三维模型,从整个足部模型中提取跟骨模型.对跟骨进行面网格的优化处理后,导入ANSYS10.0中得到体网格模型.根据CT断层图像的灰度值完成模型材质的添加,生成最终的三维有限元模型.模拟研究对象双足静止站立的状态,距下关节面在整个分析过程中被全约束,自足跟及跟腱附着点处对模型分别施加垂直向上的320 N和160 N载荷,观察跟骨的Vonmises应力分布.结果 MIMICS软件能够迅速建立更为精确的有限元模型,当垂直载荷作用于跟骨后,跟骨内、外侧存在一定的应力不均衡因素.跟骨的外侧结构是明显的薄弱区域,随着跟骨外侧壁的应力增加,导致继发外侧畸形,压迫腓骨长短肌及跟骰关节产生疼痛.结论 创建的跟骨三维有限元模型,经验证是一个较为精确的正常跟骨三维模型,可用于理解跟骨内部的应力分布变化.     

股骨颈最小横截面积的计算机测量方法

个体化股骨颈骨折内固定方案设计要求在保证内固定牢靠的前提下使用尽可能小的内固定物,因此术前获取患者股骨颈的最小横截面积具有重要的指导意义。但传统测量多为解剖学测量,因此无法避免人为操作等造成的误差,拟寻求一种基于计算机平台测量股骨颈最小横截面积的方法。实验采集体质量61kg的男性健康志愿者的股骨CT断层图像并存储于计算机中,重建该系列断层图像得到股骨的三维模型。调整股骨解剖位置以确保最小横截面积为股骨颈的某一断层图像,然后截取股骨颈区域并重新分割为断层图像,测量每层的面积进行比较以确定股骨颈最小横截面积。重建出与真实股骨结构相符的三维模型,并应用几何学方法精确测量出股骨模型颈区域的最小横截面积为1078.3mm2,符合既往研究所得股骨颈横截面积的取值范围。实验中应用的测量方法基于计算机平台,应用几何理论及数据拟合的方法由计算机自动完成测量,测量结果更为可信。     

应用CT断层图像重建股骨有限元模型

目的寻求一种基于CT断层图像快速且精确地建立全股骨三维有限元模型的方法，并应用有限元分析其力学特性以评价建模方法的优势。方法在Mimics中直接读取符合Dicom3．0标准的股骨原始CT数据，经阂值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型，后期结合有限元软件ANSYS生成最终的三维有限元网格模型．然后在ANSYS中分别对应用Mimics得到的模型和统一弹性模量的模型加载200N的垂直载荷，比较两者应力分布的异同。结果获得的股骨有限元模型共含有143780个节点和99650个四面体单元，其弹性模量与CT值（密度）相关分布，取值范围在6．01～15．59GPa之间。与统一弹性模量的模型相比较，应用Mimics得到的模型其应力呈现离散性分布。结论应用Mimics可以建立更符合股骨机械结构和力学性质的三维有限元模型，同时缩短了建模时间，据此模型得到的股骨力学特性分析结果更为可信，以辅助指导临床应用。     

股骨颈最小横截面积的计算机测量方法

个体化股骨颈骨折内固定方案设计要求在保证内固定牢靠的前提下使用尽可能小的内固定物，因此术前获取患者股骨颈的最小横截面积具有重要的指导意义。但传统测量多为解剖学测量，因此无法避免人为操作等造成的误差，拟寻求一种基于计算机平台测量股骨颈最小横截面积的方法。实验采集体质量61 kg的男性健康志愿者的股骨CT断层图像并存储于计算机中，重建该系列断层图像得到股骨的三维模型。调整股骨解剖位置以确保最小横截面积为股骨颈的某一断层图像，然后截取股骨颈区域并重新分割为断层图像，测量每层的面积进行比较以确定股骨颈最小横截面积。重建出与真实股骨结构相符的三维模型，并应用几何学方法精确测量出股骨模型颈区域的最小横截面积为1 078.3 mm2，符合既往研究所得股骨颈横截面积的取值范围。实验中应用的测量方法基于计算机平台，应用几何理论及数据拟合的方法由计算机自动完成测量，测量结果更为可信。     

应用三维有限元分析正常站立位股骨近端结构生物力学特性

背景:目前股骨有限元研究较多,但以往的研究多集中于股骨外部的生物力学方面,关于股骨近端的生物力学研究较少.目的:建立股骨近端结构的三维有限元模型,对正常站立位下的股骨近端生物力学特性进行分析以指导临床工作.设计、时间及地点:三维有限元建模分析试验,于2008-12/2009-04在天津医科大学总医院完成.对象:天津医科大学总医院志愿者1名,男性,30岁,应用X射线排除股骨病变及损伤等情况.方法:在Mimics中直接读取符合Dicom 3.0标准的股骨近端原始CT数据,经阈值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型,后期结合有限元软件ANSYS生成最终的三维有限元网格模型,然后在ANSYS中分别对应用Mimics得到的模型加载200 N的垂直载荷,观察股骨近端内部应力分布.主要观察指标:对模型施加200 N垂直载荷,观察股骨近端的Von mises应力分布.结果:应用Mimics和Ansys软件建立了股骨近端有限元模型,观察到股骨近端内部的应力分布,验证了结构与功能的对应关系.结论:应用Mimics可以建立更符合股骨近端机械结构和力学性质的三维有限元模型,据此模型得到的股骨近端力学特性分析结果更为可信,可以辅助指导临床应用.