肘关节有限元模型建立及碰撞损伤三维有限元分析

摘要

目的: 利用有限元法建立肘关节的三维有限元模型，包括肱骨、尺骨、桡骨等骨性结构及韧带、软骨、骨间膜等软组织结构，为肘关节损伤生物力学的进一步研究提供基础；动态模拟肘关节以不同角度撞击地面时，分析碰撞时生物力学响应，研究肘关节的损伤机制及生物力学特性。 方法: 选取1名健康青年男性志愿者，既往无肘关节、前臂等损伤及相关疾病史，并通过肘关节及前臂的 X线、电子计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）及磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）检查排除相关肘关节疾病，肘关节屈曲90°行CT扫描以医学数字成像和通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）格式进行保存，应用 Mimics、Geomagic、UG、Hypermesh等软件对所得CT数据进行三维重建和优化，最终建立高质量的肘关节三维有限元模型；在ABAQUS软件中模拟肘关节屈曲90°位以不同角度（前臂与地面呈30°、60°、90°）撞击地面时，通过分析其失效行为，计算出骨皮质破裂的临界速度及显著破裂时的速度，研究应力传导及其大小、分布等的变化规律。 结果: 利用有限元法建立的肘关节的三维有限元模型经进一步优化后，可为肘关节损伤生物力学研究提供基础模型。肘关节屈曲90°状态发生正面碰撞时应力传导主要集中在肱骨髁、肱骨滑车及尺骨鹰嘴等部位，而桡骨头应力传导较小；当肘关节与地面撞击（前臂与地面分别呈30°、60°、90°）时，骨皮质破裂临界速度分别为11.4、9.3、13.8 m/s；前臂与地面分别呈30°、60°撞击，撞击速度分别达15.0、13.0 m/s时，尺骨鹰嘴呈粉碎性骨折；前臂与地面呈90°撞击，撞击速度达18.0 m/s时，肱骨远端呈明显横行骨折。 结论: 应用有限元建模分析软件构建的人体肘关节有限元模型可用于外力作用下肘关节损伤机制的研究，也可用于临床上肘关节骨折的治疗的研究；通过分析肘关节损伤时的应力、应变等生物力学变化，为推断损伤时暴力的大小、速度、方向提供了新的方法和途径。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

前言

第一部分 肘关节有限元模型建立

1材料和方法

2 结果

3讨论

第二部分 肘关节碰撞损伤三维有限元分析

1材料和方法

2 结果

3 讨论

参考文献

全文总结

文献综述:有限元法在上肢损伤分析中的应用

致谢

硕士期间发表的论文