学术投稿

股骨头坏死有限元模型的建立

李孝林;吕志鹏;刘迎军

关键词:股骨头坏死, 有限元模型, CT图像, 三维, MIMICS软件
摘要:背景:股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足.目的:借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型.方法:将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型.结果与结论:快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型.提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确.
中国组织工程研究杂志相关文献
  • 膝关节固定后髌骨腱的生物力学改变

    背景:骨关节固定常作为防止受伤组织被再次损伤的方法.目的:膝关节固定对兔髌骨腱力学特性及超微形态的影响.方法:将20只成年兔等分为固定组和对照组.固定组兔左后肢通过石膏和2个可调铝夹板,保持膝伸直,踝关节屈曲90°,固定6周后,取髌骨腱-骨复合物,观察两组髌骨腱的生物力学性能和超微结构变化.结果与结论:膝关节固定6周拉伸强度和切线模量分别下降至对照组的64.44%和53.08%(P < 0.01),但两组伸长率和大负荷差异没有显著性意义.两组材料常数及应力应变关系曲线完全不同.固定组髌骨腱的横截面积明显大于对照组(P < 0.01),小胶原纤维占有优势.说明固定不仅会导致髌骨腱生物力学的变化,而且对髌骨腱自身也产生影响.

    作者:谢昆岭;于正洪 刊期: 2011年第30期

  • 腕保护器抗冲击载荷的有限元分析

    背景:人体防滑倒腕部保护支具对手腕部有明显的保护作用.目的:采用有限元分析验证腕保护器防护腕部骨折的有效性.方法:以中国力学可视人原始资料为依据,应用Abaqus 6.51软件构建带软组织的正常手腕和佩带腕保护器手腕的三维有限元模型,对整个手腕模型加载2 m/s的速度载荷,经程序运算后对比手腕部三维有限元模型佩带腕保护器前后的应力应变分布云图及腕部尺骨远端掌面大应力值随时间变化规律图.结果与结论:与未佩带腕保护器比较,佩带腕保护器后在跌倒过程中小鱼际和腕关节背面的软组织等效应力、腕部桡尺骨下段的等效应力均明显变小,力学结构薄弱的桡尺骨远端应力变小尤为明显,而第2~4掌骨、食指近节、钩骨等力学结构相对坚强的短管状骨和不规则骨所受应力明显增大,提示腕保护器可分散、吸收一部分桡尺骨远端应力,转移至腕、掌、指骨上一部分,对保护腕关节尤其是防止桡尺骨远端骨折有积极的作用.

    作者:董谢平;王冬梅;何剑颖;周立义;王锦程;吴小辉 刊期: 2011年第30期

  • 旋转臂自锁式髓内钉置入治疗胫骨骨折29例

    背景:由于胫骨解剖的特殊性,骨折后治疗方法较多并各有优缺点.目的:观察旋转臂自锁式髓内钉置入内固定治疗胫骨骨折的临床效果.方法:选择贵州省黔西南州医院骨一科收治的胫骨骨折患者29例,其中闭合性骨折26例,开放性骨折3例(均为GustiloⅠ型),均采用旋转臂自锁式髓内钉置入内固定治疗.以X射线平片观察骨折愈合及并发症发生情况.结果与结论:29例患者均获得随访,随访时间12~24个月,治疗后切口均获Ⅰ期愈合,髓内钉置入内固定后6~18个月复查X射线片,骨折线消失,骨痂生长良好.未发生切口感染、创伤性滑膜炎、髓内钉松动及骨不愈合,膝踝关节伸屈功能及行走正常.根据Johner-Wruh功能评定标准,优11例,良16例,中2例,优良率为93.3%.提示旋转臂自锁式髓内钉具有内固定牢靠、操作简单、骨折愈合率高等优点,是治疗胫骨骨折比较理想的方法.

    作者:赵卫;张继荣 刊期: 2011年第30期

  • 非骨水泥型广泛涂层长柄假体在髋关节翻修股骨轻中度缺损重建中的应用

    背景:股骨侧轻中度缺损翻修处理目前没有统一的解决方法.目的:评价非骨水泥型广泛涂层长柄假体在股骨轻中度缺损的髋关节翻修中应用的临床效果.方法:11例非感染性股骨侧轻中度骨缺损患者单髋初次翻修,均采用非骨水泥型广泛涂层长柄假体,其中8例患者行干燥同种异体颗粒植骨,3例患者未植骨.结果与结论:11例均获随访,短随访时间10个月,长随访60个月.翻修后切口均为Ⅰ期愈合.末次随访时Harris 评分好于翻修前(P < 0.01).翻修后2年1例股骨假体周围出现3 mm 透亮带,无明显临床症状,未作处理.患者均未见骨溶解,干燥同种异体颗粒骨融合时间3~9个月,平均5个月.提示,采用非骨水泥型广泛涂层长柄假体对股骨轻中度缺损进行髋关节翻修,可实现假体初始稳定与固定,近期临床疗效满意.

    作者:王龙强;王黎明;唐成;金成哲;顾强荣 刊期: 2011年第30期

  • 脊髓损伤早期及制动大鼠股骨干骺端的显微CT观察

    背景:脊髓损伤后可引起损伤平面以下骨量大量丢失,导致骨质疏松.目的:观察比较脊髓损伤及失用性制动模型大鼠股骨远端骨密度及骨微观结构的改变.方法:将SD大鼠随机分为3组:对照组,切除T10椎板,不损伤硬膜及脊髓;脊髓损伤组,切除T10椎板后行Allen's法造成脊髓损伤;制动组,以大鼠双侧腿-尾缝合造成双下肢制动.10 d后取一侧尺、桡骨及股骨行骨密度检测,另一侧股骨行显微CT扫描.结果与结论:脊髓损伤组与制动组大鼠股骨远端骨密度、骨矿物质含量、骨体积分数表、骨小梁厚度、骨皮质面积及厚度、骨小梁数量均低于对照组(P < 0.05 ),骨小梁结构模型指数、骨表面积体积比、骨小梁分离度均高于对照组;脊髓损伤组上述指标较制动组变化程度更显著(P < 0.05).3组尺、桡骨密度差异无显著性意义.说明脊髓损伤及制动均可导致骨量丢失,在脊髓损伤早期损伤平面以下部位骨微观结构呈现骨质疏松明显改变,且程度比失用性因素严重.

    作者:余文超;刘岩;袁文;郭永飞;曹振羽;邹翰林 刊期: 2011年第30期

  • 经腰椎间盘的感受器通路

    背景:哪些经腰椎关节突和椎板骨骼肌附着点标记的神经元末梢可以进入椎间盘呢?椎间盘的感受器通路尚不清楚.目的:观察家兔经腰椎间盘的感受器通路形态学特征.方法:8只家兔在CT引导下经L3~4腰椎椎间盘分别注射荧光逆行神经追踪剂核黄进行逆行神经追踪,按注射后18,36 h均分为2组,取不同部位连续冰冻切片观察神经末梢部位,并记录曝光时间.结果与结论:家兔腰椎间盘感受器通路网络由交感神经节及节后神经元、小肠节细胞、脊神经节3大神经网络组成.作用的靶点分别在腰椎间盘纤维环、腰椎间盘髓核、腰椎间关节滑膜、胃黏膜、小肠黏膜、肌膜等,与腰椎关节突和椎板骨骼肌附着点的感受器通路在交感神经节及节后神经元、小肠节细胞、脊神经节、3大神经网络相重叠.且盘内注药可引起多个脊神经节内的炎症反应.

    作者:耿祝生;章云海;雷玲;崔吉正;张小宝;扬聪颖;李玉;许新堂 刊期: 2011年第30期

  • 基于调幅-调频与熵图多模态医学图像的配准

    背景:基于传统互信息量的多模态医学图像配准方法配准时需要利用二维直方图或者Parzen窗函数的方法估计概率密度分布,进而计算互信息量,这种方式计算速度慢,而且只考虑了图像的灰度信息,容易出现误配.目的:针对目前主流的配准方法鲁棒性差、耗时的缺点,提出了一种新的基于调幅-调频(AM-FM)特征互信息量的快速配准方法.方法:该方法考虑了图像的空间和结构信息;首先通过AM-FM模型对图像进行分解,得到图像的AM-FM特征,与图像的灰度特征一起组成高维特征;然后利用熵图和小生成树加快AM-FM特征互信息量的计算,从而实现了医学图像的快速配准.结果与结论:对20组磁共振T1-T2加权图像、CT/正电子发射计算机断层成像图像进行了实验,结果表明该方法在图像空间分辨率较低,有噪声影响等情况下均可以达到较好的结果,且配准精度优于国际上的主流方法,具有计算速度快,精度高,鲁棒性强的特点,适于临床应用.

    作者:周辉;杨媛;白利民;周寿军;卢振泰 刊期: 2011年第30期

  • 骨折延迟愈合及骨不连与阻塞性睡眠呼吸暂停的相关性

    背景:阻塞性睡眠呼吸暂停能影响成骨和/或破骨细胞及骨愈合相关调节蛋白,使骨折患者不易愈合或加重不愈合的程度.目的:观察阻塞性睡眠呼吸暂停与骨不连的相关性.方法:随机选取338例骨折的患者,其中骨愈合患者228例,骨不连110例,经便携式睡眠仪筛查出合并阻塞性睡眠呼吸暂停的骨不连患者11例,分析监测数据与临床资料的相关性.结果与结论:与骨愈合患者相比,骨不连患者阻塞性睡眠呼吸暂停患病率较高(P < 0.05),比值比(OR)=2.422,95%CI=0.996~5.891,合并阻塞性睡眠呼吸暂停的骨不连患者愈合时间与低血氧饱和度、平均血氧饱和度呈负相关(r分别为0.40和0.38,P < 0.05),骨痂X射线评分与低血氧饱和度、平均血氧饱和度呈正相关(r分别为0.34和0.47,P < 0.05).提示阻塞性睡眠呼吸暂停可能是骨不连新的危险因素之一.

    作者:张建国;王东;宋璐 刊期: 2011年第30期

  • 18FDG-PET术前评估骨与软组织肿瘤治疗效果的Meta分析

    背景:18FDG-PET可为骨和软组织肿瘤的良恶性鉴别,病变定位,恶性程度评价,活检部位的确定,治疗效果评估和判断预后提供重要信息.目的:采用Meta分析方法评价18FDG-PET在术前骨与软组织肿瘤治疗疗效评估方面的应用价值.方法:检索PubMed、EMBASE、Cochrance、CNKI、万方数据库及维普中文科技期刊数据库获得PET用于骨与软组织肿瘤诊治方面的临床研究.结果与结论:对符合纳入标准的9项临床非随机对照研究进行Meta分析,文献质量评价循证医学推荐级别3项研究为B级,6项为C级,检验提示无发表偏倚.将治疗前后大标准摄取值SUV2/SUV1≤0.5作为预测术后肿瘤坏死率≥90%的敏感性和特异性分别为0.82(95%CI,0.72~0.89)和0.61(95%CI,0.49~0.71).SROC为6.17(95%CI,2.84~13.39).说明将化疗前后大标准摄取值比值作为评价术前疗效的敏感性较好,但缺乏特异性;应综合18FDG-PET检查结果与其他辅助检查结果对术前疗效进行综合评估.

    作者:姬涛;朱赛楠;郭卫;汤小东;唐顺 刊期: 2011年第30期

  • 低场强MRI可首选诊断膝关节隐匿性骨折

    背景:MRI检查可以早期确诊隐匿性骨折,低场强磁共振成像还具有专有线圈使图像更清晰的优点.目的:分析低场强MRI在膝关节隐匿性骨折诊断中的应用价值.方法:回顾性分析45例经手术、关节镜检查或临床证实的膝关节隐匿性骨折患者低场强MRI情况.结果与结论:45例病例在X射线平片正侧位上均未见异常,而低场强MRI检查均呈现T1WI呈低信号,T2WI呈高信号,在STIR上病灶与正常骨组织的对比度更高,显示出不同部位隐匿性骨折的病变部位、范围及形态,其中34例伴交叉韧带、副韧带及半月板撕裂.提示低场强MRI能敏感显示创伤性膝关节隐匿性骨折的病变特点及严重程度,诊断准确,同时能发现膝关节韧带、肌腱及软骨的损伤,为首选检查手段.

    作者:刘菁菁;王伟;张力 刊期: 2011年第30期

  • 下肢助力机器人动力学分析与应用

    背景:2005年成功研制出下肢康复机器人系统,该机器人通过中心控制系统和步态、姿态控制系统互相协调,带动下肢各种运动,从而达到恢复下肢功能的目的.目的:对下肢康复助力机器人做动力学分析.方法:该系统为一个复杂的动力系统,由多个关节和多个连杆组成,具有多个输入和多个输出,分析其运动和作用力之间的关系.通过运动信息感知网,实现机器人系统主动为使用者提供完成髋关节屈/伸、旋内/旋外及外展/内收功能恢复动作的助力支持.结果与结论:利用动力学方程完成人-机混合系统的控制.减小人体感受的运动强度,使练习者能充分完成功能恢复动作,随着康复者下肢力量的加强和动作的熟练程度的提高,通过改变系统控制参数,系统会逐步减少对其助力支持,直到康复.

    作者:陈峰;汤敏;马卫国;刘羡飞 刊期: 2011年第30期

  • 股骨头坏死有限元模型的建立

    背景:股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足.目的:借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型.方法:将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型.结果与结论:快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型.提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确.

    作者:李孝林;吕志鹏;刘迎军 刊期: 2011年第30期

  • 三维CT重建成像在创伤性寰枢椎失稳治疗中的应用

    背景:CT三维重建的运用对于复杂的解剖结构如头颈、脊柱、骨盆、四肢的精确评价有确切的作用.目的:观察三维CT重建成像在诊断和治疗创伤性寰枢椎失稳的作用.方法:选择解放军沈阳军区总医院骨科收治的创伤性寰枢椎失稳患者21例,三维CT重建检查,以明确诊断及损伤类型,并依据损伤类型,进行植骨融合内固定治疗.结果与结论:三维CT重建成像可清楚观察寰枢椎失稳惰况,并依据进行内固定,所有病例未出现脊髓、椎动脉及神经根损伤等并发症.全部病例均获得有效随访,随访时间6~15个月,平均9个月.寰枢椎获得骨折愈合和骨性融合,寰枢椎不稳现象均获得有效纠正.提示三维CT重建成像对诊断寰枢椎失稳有较大帮助,并有助于制定恰当的手术方式.

    作者:于海龙;项良碧 刊期: 2011年第30期

  • 基于小波变换的心音包络提取算法及应用

    背景:心音信号包含了大量心脏瓣膜活动的生理信息,心音分析对诊断心脏疾病具有重要的临床意义.目的:旨在通过心音的包络提取,分析心音信号的各种特征,进而判断心音中是否包含杂音,以改善传统听诊技术高度依赖医生经验、听诊范围受限的缺点.方法:提出了一种采用小波变换来提取心音包络的方法,通过与采用希尔伯特-黄变换、数学形态学、平均香农能量等心音包络求解方法进行对比,证明这种方法具有算法简便、曲线光滑、特征点突出等优点.结果与结论:将该方法用于临床真实心音的包络提取,利用支持向量机来训练所提取心音包络的面积和小波能量两个特征参数,判别心音信号是否明显包含杂音.选用35例心音数据对算法进行验证,结果表明该算法的准确率达到95%,具有很强的实用性.

    作者:周酥;朱蒂;吴效明;黄岳山 刊期: 2011年第30期

  • LISS钢板加同种异体骨移植治疗股骨远端骨折

    背景:LISS钢板可在微创下固定骨折,减少血供的破坏,LISS钢板与同种异体骨同时应用可提高骨折的愈合率.目的:观察LISS钢板加同种异体骨移植治疗股骨远端骨折的疗效.方法:2009/2010采用LISS钢板加同种异体骨移植治疗股骨远端粉碎骨折73例进行修复重建.男47例,女26例,年龄32~76岁.交通事故61例,高处坠落9例,其他3例.闭合性损伤57例,开放性损伤16例.根据AO分型,A型19例,B型13例,C型41例.结果与结论:根据Kolment膝关节功能评定标准判定,优27例,良39例,差4例(1例为尿毒症患者),优良率为90.4%.结果显示LISS钢板加同种异体骨移植治疗股骨髁骨折效果满意.

    作者:卫永鲲;马慧玲;刘丰虎;杨磊;于洋;尹伟 刊期: 2011年第30期

  • 后路减压侧块螺钉置入内固定治疗颈椎多节段后纵韧带钙化:5年36例资料回顾

    背景:后路减压侧块螺钉固定能够解除骨化灶对脊髓、神经根的压迫,扩大椎管矢状径,同时重建该区域的稳定.目的:验证应用后路减压、侧块螺钉置入内固定治疗颈椎多节段后纵韧带骨化症5年36例资料的临床疗效.方法:36例患者为3个节段9例,4个节段20例,5个节段7例.结果与结论:随访6~26个月,JOA评分由内固定前平均5.2分提高到 10.2分.颈椎生理曲度由内固定前平均(3.6±0.5) mm提高到内固定后(9.1±0.7) mm,内固定物无松动.提示此方法治疗既能后方直接减压又能前方间接置入减压,既能恢复颈椎生理曲度,又能提供坚强的内固定效应.

    作者:胡朝晖;李宁宁;孙宏志;李小彪;谢湘涛;梁博伟;罗同青 刊期: 2011年第30期

  • 基于区域生长超声图像分割血管边界反映血管病变

    背景:通过分析超声血管图像能反映血管的病变情况.目的:采用区域生长理论对超声图像进行图像分割,分析边界点的相对位移.方法:先对视频图像分帧,将动态图像转换为静态图像,采用Gabor滤波、自适应直方图量化去除超声图像噪声,然后运用区域生长法对图像做分割,接着通过开闭运算、sobel算子检测图像边界,后提取出两条血管边界.结果与结论:通过Gabor滤波、区域生长法等手段,得到了比较好的分割结果.区域生长法在处理速度上满足了实时性要求,具有一定的通用性.并且通过分析边界点的相对位移曲线,一定程度上反映血管的病变.

    作者:税雪;刘奇 刊期: 2011年第30期

  • 虚拟现实技术在临床虚拟标准化患者中的应用

    背景:计算机虚拟现实技术在医学中的应用越来越广泛,其模拟仿真的独特性为医学临床诊断和科研工作提供了新的方法.目的:在虚拟现实技术构建的多维信息空间中,实现合理运用虚拟标准化患者辅助临床诊断及治疗.方法:对当前虚拟现实技术在临床中的应用情况进行了调查,提出临床虚拟标准化患者的系统结构模型,构建了一个基于虚拟现实技术的临床虚拟标准化患者系统,并分析了虚拟标准化患者的通信模式和实现过程.结果与结论:医生可以利用临床虚拟标准化患者系统的虚拟环境进行操作,达到辅助临床诊断、培训或教学的效果.临床虚拟标准化患者系统可提高临床医疗水平,为临床诊断、培训及研究提供了新的平台.

    作者:王欣萍;王丽华;孙尧;何颖 刊期: 2011年第30期

  • 假体磨损颗粒钴铬离子影响成骨细胞增殖及RANKL、骨保护素的表达

    背景:金属-金属假体置入体内后可以发生腐蚀或磨损,释放镍、钴、铬、钛等金属离子,诱导局部炎性因子的释放.目的:观察Co2+、Cr3+对小鼠成骨细胞增殖的影响,以及成骨细胞暴露在Co2+ 、Cr3+条件下RANKL、骨保护素基因的表达.方法:体外培养成骨细胞,实验分两组,对照组给予生理盐水,离子组给予钴、铬离子干预.结果与结论:显微镜直接计数法显示干预后1~6 d对照组随时间推移细胞数目显著增加,离子组则增加不明显.共培养24,48 h后,RT-PCR结果显示离子组RANKL、骨保护素基因表达较对照组均增加,以RANKL增加更显著(P < 0.05),RANKL/OPG mRNA的比率也明显增加.提示金属离子对成骨细胞的增殖有显著抑制作用,且可刺激成骨细胞RANKL、骨保护素mRNA的表达.

    作者:李俊宁;袁晓军;徐文华;傅云根;曹盛生 刊期: 2011年第30期

  • 指骨骨骺兴趣区域的自动提取方法

    背景:在骨龄自动化评定中,许多方法对骨骺兴趣区域的提取不够理想.目的:通过k余弦算法定位出手指骨的特征点,解决对骨骺兴趣区域的提取的困难和提取方法的局限性.方法:提取指骨兴趣区域,并用各向异性扩散方法进行滤波,然后根据骨龄指骨的图像数据进行统计,寻找出定位指骨中心点的方法,通过3次多项式对中心点线进行拟合,定位出指骨的中心轴,在此基础上提取出指骨骨骺兴趣区域.结果与结论:用该方法定位出的指骨中心轴比较真实的反映指骨骨架,在此基础上能提取出指骨骨骺兴趣区域,成功率>95%,并能运用到后续对指骨骨骺兴趣区域相关的评定中.

    作者:冉隆科;宋方洲;谭鹏程;金晶 刊期: 2011年第30期

中国组织工程研究杂志

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主管:中华人民共和国卫生部

主办:中国康复医学会,《中国组织工程研究与临床康复》杂志社