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构建强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元模型.doc

构建强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元模型

做我的男王
2019-02-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《构建强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元模型doc》,可适用于医药卫生领域

构建强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元模型李 辉马俊毅马 原朱 旭(新疆医科大学第六附属医院脊柱外科新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 )  引用本文:李辉马俊毅马原朱旭构建强直性脊柱炎后凸畸形的三维有限元模型J中国组织工程研究():DOI:jissn  ORCID:(李辉)文章快速阅读:文题释义:有限元模型的建模方法:由节点和元素构成的有限元模型与机械结构系统的几何外型基本是一致的。有限元模型的建立可分为直接法和间接法(也称实体模型SolidModeling)直接法为直接根据机械结构的几何外型建立节点和元素因此直接法只适应于简单的机械结构系统。反之间接法适应于节点及元素数目较多的复杂几何外型机械结构系统。该方法通过点、线、面、体积先建立有限元模型再进行实体网格划分以完成有限元模型的建立强直性脊柱炎:是一种主要侵犯脊柱并累及骶髂关节和周围关节的慢性进行性炎性疾病。本病又名Mariestrümpell病、VonBechterew病、类风湿性脊柱炎、类风湿中心型等现称强直性脊柱炎。由于本病也可侵犯外周关节并在临床、放射线和病理表现方面与类风湿关节炎相似故长时间以来一直被看成是类风湿关节炎的一种变异型称为类风湿性脊柱炎。鉴于强直性脊柱炎患者不具有IgM类风湿因子(血清阴性)以及它在临床和病理表现方面与类风湿关节有炎明显不同所以年美国风湿病学会(ARA)终于决定将两病分开以“强直性脊柱炎”代替“类风湿性脊柱炎”。摘要背景:完整的三维有限元模型不仅可以建立逼真的立体模型进行术前规划并且还可以在模型上进行模拟截骨分析生物力学以期达到指导临床手术的作用。目的:建立强直性脊柱炎后凸三维有限元模型为后续的一系列研究提供有效的数字化平台。方法:选取例岁强直性脊柱炎后凸病例C至骶尾骨的CT断层图像将CT数据输入Mimics医学三维重建软件中建立脊柱后凸三维几何模型。再将几何模型导入GeomagicStudio软件中对三维几何模型进行后续优化图像处理生成修复后的脊柱后凸几何曲面模型。使用UnigraphicsNX导入建立的脊柱后凸曲面模型建立钙化的韧带模型切除部分无用的骶骨模型最后导入ANSYS有限元分析软件中设置材料参数生成完整的强直性脊柱炎后凸三维有限元模型。结果与结论:成功建立了完整强直性脊柱炎后凸三维有限元模型包括节点四面体单元个个节点。为下一步的生物力学分析提供了可靠的数字化平台。关键词:骨科植入物脊柱植入物强直性脊柱炎后凸畸形生物力学有限元分析国家自然科学基金主题词:脊柱炎强直性脊柱后凸生物力学有限元分析组织工程基金资助:国家自然科学基金()EstablishmentofathreedimensionalfiniteelementmodelofankylosingspondylitiskyphosisLiHui,MaJunyi,MaYuan,ZhuXu(DepartmentofSpineSurgery,SixthAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion,China)李辉男年生山西省临汾市人汉族新疆医科大学在读硕士主要从事脊柱外科的研究。通讯作者:马原硕士副教授新疆医科大学第六附属医院脊柱外科新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市中图分类号:R文献标识码:B文章编号:()稿件接受:LiHui,Studyingformaster’sdegree,DepartmentofSpineSurgery,SixthAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion,ChinaCorrespondingauthor:MaYuan,Master,Associateprofessor,DepartmentofSpineSurgery,SixthAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi,XinjiangUygurAutonomousRegion,ChinaAbstractBACKGROUND:Thefullthreedimensionalfiniteelementmodelcannotonlyestablisharealisticthreedimensionalmodel,butalsocansimulatetheosteotomyonthemodelAnalysisofbiomechanicsguidestheclinicaloperationOBJECTIVE:ToestablishathreedimensionalfiniteelementmodelofankylosingspondylitiskyphosisandprovideaneffectivedigitalplatformforfurtherstudiesMETHODS:AyearoldmalepatientwithankylosingspondylitiskyphosisparticipatedvoluntarilyinthecurrentstudyCTimagesobtainedfromCTtransversescanningfromCtothesacrococcyxwereimportedintoMimicssoftwaretoestablishathreedimensionalgeometricmodeloftheposteriorspineThegeometricmodelwasthenimportedintoStudioGeomagicsoftwareForthesubsequentoptimizationofimageprocessing,theposteriorspineconvexgeometrywasestablishedonthethreedimensionalgeometricmodelWeusedUnigraphicsNXtoestablishthespinalkyphosissurfacemodel,thenaddedmodelingofcalcificationoftheligaments,partialresectionofuselesssacralbone,andfinally,importedthemodelintoANSYSfiniteelementanalysissoftware,thenaddedtheligamentsandsettheparametersofthematerial,generatingacompletethreedimensionalfiniteelementmodelofankylosingspondylitisRESULTSANDCONCLUSION:AthreedimensionalfiniteelementmodelofcompleteankylosingspondylitiswassuccessfullyestablishedUsingthetennodeapproach,wegeneratedtetrahedralelements,andnodesThiswillprovideareliabledigitalplatformforthenextstepofbiomechanicalanalysisSubjectheadings:Spondylitis,AnkylosingKyphosisBiomechanicsFiniteElementAnalysisTissueEngineeringFunding:theNationalNaturalScienceFoundationofChina,NoCitethisarticle:LiH,MaJY,MaY,ZhuXEstablishmentofathreedimensionalfiniteelementmodelofankylosingspondylitiskyphosisZhongguoZuzhiGongchengYanjiu(): 引言 Introduction强直性脊柱后凸是强直性脊柱炎的严重并发症它不仅在外观上造成人体严重后凸畸形、还伴有活动受限、人体平视障碍同时会产生严重的脏器受压。强直性脊柱炎后凸畸形往往需要手术矫正治疗国内的一些学者对于手术方式的选择有很多尝试同时手术方式的选择往往存在很大争议也是困扰脊柱外科医生的一大难题。随着现代医学成像技术的发展人们通过计算机X射线断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)可以得到人体的两维图像但是无法得到立体的三维视觉而从世纪年代起有限元法的出现填补了人体三维建模以及分析生物力学领域的空白并且在医学领域最先应用的是脊柱外科。完整的三维有限元模型不仅可以建立逼真的立体模型进行术前规划并且还可以在模型上进行模拟截骨分析生物力学以期达到指导临床手术的作用。研究采集强直性脊柱炎后凸志愿者CT断层图像应用计算机辅助工程软件(Mimics、GeomagicStudio、Ansysworkbench)建立了结构完整的强直性脊柱炎后凸三维有限元模型为进一步的脊柱后凸生物力学分析提供了可靠的模型基础。 材料和方法 Materialsandmethods 设计 有限元模型的建立。 时间及地点 年月至年月在新疆医科大学第六附属医院完成。对象 于新疆医科大学第六附属医院脊柱外科选取例强直性脊柱炎后凸志愿者岁身高cm体质量kg拍摄脊柱全长正侧位片和磁共振扫描排除脊柱及脊髓其他异常结合病史确诊为强直性脊柱炎后凸畸形。 主要仪器和软件 硬件条件 DellPrecisionT台式工作站:TOSHIBAAquilionONE排动态容积CT。 软件条件 Mimics用于CT数据重建生成医学模型的三角面片结构输出数据在PC机上进行数据的转换处理。GeomagicStudio读入Mimics输出的数据对模型数据进行封装、错误检查及优化并重建Nurbs曲面模型。NX调整各部件之间的位置关系分割模型装配内固定模型进行手术模拟操作。Ansysworkbench用于材料赋值施加载荷接触关系设定网格划分完成三维有限元模型的建立及分析。 方法 CT数据的获取 通过TOSHIBAAquilionONE排动态容积CT行薄层扫描共获取间隔mm重建厚度mm平面分辨率×每像素mm的二维断层图像张保存为DICOM格式的文件。

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