股骨有限元分析赋材料属性的方法
(完整版)有限元分析用的材料属性表
Cr4Mo4V# CrWMn 20CrMnMo 40CrMnMo 20CrMnTi 30CrMnTi 20CrMnSi 40CrMnSiMoV 5Cr21Mn9Ni2N 5Cr21Mn9Ni12N 20CrNiMo 20CrNi2MoA 2Cr12NiMoWV 28CrNiMoV# 30Cr2Ni4MoV# 40CrNiMo 40CrNiMoA 45CrNiMoV 45CrNiMoVA 10Cr2Mo1# 10Cr9Mo1VNb# 10CrMo910# 12Cr1MoV 12Cr1MoVTiB# 12Cr3MoVSiTiB# 12CrNi3 12Cr2Ni4 12Cr2Ni4H 12Cr2Ni4HA 12Cr18Ni9# 12Cr11MoV# 12Cr12Mo#
9Cr2Mo#
Cr12MoV
1.08E+11 2.10E+11 2.23E+11 2.10E+11 2.10E+11 2.10E+11 2.11E+11 2.11E+11 2.15E+11 2.06E+11 2.06E+11 2.06E+11 2.06E+11 2.06E+11 2.00E+11 2.07E+11 2.06E+11 2.11E+11 2.06E+11 2.06E+11 2.12E+11 2.10E+11 2.10E+11 2.11E+11 2.11E+11 2.20E+11 2.11E+11 2.13E+11 2.12E+11 2.25E+11 2.36E+11 2.18E+11
基于临床CT数字体相关和有限元分析的股骨内部变形场研究
ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＦＥＡ ａｎｄ ｔｈａｔ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ＤＶＣ （ Ｒ ２ ≥０ ７６，Ｐ ＜ ０ ０５） ，
ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ＦＥ ｍｏｄｅｌ ｃｏｕｌｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｆｅｍｕｒ． Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ Ｂｏｔｈ
提出：ＦＥＡ 有潜力成为评价骨骼强度的“ 金标准” ，
用于评估骨折治疗效果
［３］
。 这也表明，ＱＣＴ⁃ＦＥＡ 可
以用于计算股骨强度等与股骨承载力密切相关的力
学性能参数，从而预测骨折发生的部位，具有临床应
用的潜力。 但因为缺少对 ＱＣＴ⁃ＦＥＡ 数值模拟结果
的验证，该方法目前仍处于研究阶段
［４］
。
股骨力学实验是验证股骨 ＦＥＡ 准确性的主要
ＣＴ ｉｍａｇｉｎｇ； ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｄｉｇｉｔａｌ ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ； ｏｓｔｅｏｐｏｒｏｓｉｓ； ｆｅｍｏｒａｌ
发部位，同时通过股骨力学实验，观察股骨的受力情
０ 引言
骨质疏松症是由于骨量减少和骨微结构破坏，
导致骨脆性增加和骨折风险增大的一种慢性疾病。
髋部股骨是发生骨质疏松性骨折后，后果最为严重
的部位，患者具有较高的致残率和致死率 ［１－２］ ，因此
提前预防骨折的发生具有重要的临床意义，而早期
进行骨折风险评估则是预防骨折发生的关键。
有限元分析（ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＦＥＡ） 方法
作为一种工程力学研究方法，广泛应用于生物力学
《2024年股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》范文
《股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》篇一一、引言随着医学技术的不断进步，骨水泥联合钢板内固定技术已成为治疗股骨近端良性病变的常用方法。
本文旨在通过三维有限元分析，对这一治疗方法进行深入探讨，以期为临床实践提供有价值的参考。
本文将从以下方面对骨水泥联合钢板内固定治疗进行全面、详细的分析。
二、方法本研究的模型以股骨近端为研究对象，运用计算机辅助设计（CAD）软件建立股骨的三维几何模型。
同时，为了模拟实际病情及治疗方法，我们在模型中加入了骨水泥和钢板的几何结构。
在此基础上，我们利用有限元分析软件对模型进行网格划分、材料属性定义等操作，最终建立出可用于分析的有限元模型。
三、材料与属性在有限元模型中，我们根据实际医学知识，为股骨、骨水泥和钢板赋予了相应的材料属性。
其中，股骨采用骨组织材料属性，骨水泥和钢板则分别采用相应的工程材料属性。
在定义材料属性的过程中，我们充分考虑了各材料的弹性模量、密度、泊松比等力学参数。
四、模型验证在建立好有限元模型后，我们进行了模型的验证工作。
首先，我们对模型进行了静态力学分析，通过与相关文献中的实验结果进行对比，验证了模型的准确性。
其次，我们还对模型进行了动态分析，包括在不同外力作用下的位移、应力分布等，以进一步确保模型的可靠性。
五、结果与分析1. 应力分布：在有限元分析中，我们观察到了在骨水泥与钢板共同作用下，股骨的应力分布情况。
结果显示，骨水泥和钢板的存在有效地分散了股骨的应力，降低了骨折部位的应力集中现象。
2. 固定效果：通过对模型施加不同方向的外力，我们发现骨水泥联合钢板内固定技术能够有效地固定股骨，减少骨折部位的位移。
这为患者的康复提供了良好的条件。
3. 生物相容性：在分析过程中，我们还关注了骨水泥与人体组织的生物相容性。
结果显示，骨水泥与周围组织的界面处应力分布均匀，无明显的应力集中现象，表明骨水泥具有良好的生物相容性。
六、讨论本研究通过三维有限元分析，探讨了骨水泥联合钢板内固定技术在治疗股骨近端良性病变中的应用。
UG有限元分析步骤精选整理
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定
十二、查看有限元分析结果：
十三、编辑注释，可以显示相关参数：
十四、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
基于CT的股骨精确建模与三维有限元分析
基于CT的股骨精确建模与三维有限元分析股骨是人体最大的骨头之一，其长、粗、强度高是由其主要功能决定的，即支撑上肢和承受身体重量。
股骨髁部是股骨的主要特征之一，根据其不同的形态特征可以分为球形和椭圆形两种类型。
精确建模股骨髁部形态，可以帮助了解股骨的生理特征和运动机能，同时有助于开发适合不同人群的假体和手术治疗方案。
本研究基于CT扫描技术对股骨髁部进行精确建模，利用三维有限元分析技术评估了不同类型股骨髁部形态对其强度和承载能力的影响。
具体实施步骤如下：1. 采集股骨CT数据。
使用64层螺旋CT扫描仪，对100名健康成年人的股骨进行扫描，获取高于70 HU的图像数据，以1 mm间距重建三维模型。
2. 对股骨髁部进行3D建模。
采用Mimics v20软件对股骨髁部进行分割处理，提取其二维数据，并通过三维重建技术生成精确的三维模型。
同时基于实测数据统计了股骨髁部不同形态特征，包括髁径、髁高、前后径、横径等。
3. 对不同股骨髁部形态进行有限元分析。
将股骨模型输入ABAQUS软件，运用有限元模拟技术，构建有限元模型。
通过施加力学载荷，分析了不同类型股骨髁部的承载能力和应力分布情况。
模拟条件包括卧式支撑、坐式支撑和站立姿势等不同情况。
4. 分析数据并得出结论。
根据有限元分析结果，得出了不同形态股骨髁部的应力分布图和承载能力评价，发现球形髁部的股骨强度更高，具有更好的承载能力。
本研究的结果表明，基于CT技术的股骨髁部精确建模和三维有限元分析方法可以帮助分析人体骨骼的生理特征和运动机能，并为临床设计假体和手术治疗提供参考和依据。
同时，球形髁部的股骨骨强度更高，更适合作为假体设计和手术治疗的方案。
基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析
基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析人体骨骼结构是由各种骨骼组成的复杂系统，它在支撑和保护身体的同时，也承载着各种外力。
为了更好地了解人体骨骼在运动中的应力和变形情况，可以运用有限元分析方法，通过数值模拟来研究其力学行为。
有限元分析是一种数值计算方法，它将复杂的结构分割为许多小单元，通过数学模型来近似描述原始结构的力学行为。
在应用有限元分析方法进行人体骨骼结构研究时，首先需要获取人体骨骼的三维模型数据。
这可以通过医学影像技术，如CT扫描或MRI扫描，来获取。
通过对骨骼结构进行有限元网格划分，即将骨骼模型分割为许多小单元，可以将骨骼结构分割成骨骼片、骨骼节段等。
然后，在每个小单元上建立相应的位移、应力和应变方程，通过有限元法求解这些方程，可以得到骨骼结构在受力情况下的响应。
通常，人体骨骼结构有限元分析的目的是研究其在不同负荷条件下的应力分布、应变形变和力学特性。
例如，可以模拟人体骨骼在行走、跑步、承重等运动中的应力分布情况，以评估不同运动方式对骨骼的影响。
通过有限元分析，可以进一步探索骨骼结构受力情况对人体健康的影响。
例如，可以模拟骨折的发生和愈合过程，研究骨折部位的应力分布和应变情况，为临床医生提供指导意见。
此外，有限元分析还可以研究人体骨骼的生物力学性能，如疲劳寿命、材料刚度等，为设计和优化人工骨骼植入物提供参考。
然而，基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析也面临一些挑战和限制。
首先，人体骨骼结构的模型复杂度高，其几何形状和材料性质具有很大的个体差异性，需要准确的模型参数来进行分析。
其次，人体骨骼结构在运动中会受到多种力的作用，如集中力、均布载荷等，如何准确描述这些力对骨骼的影响，是一个难题。
此外，人体骨骼结构的生理和病理状态也会对分析结果产生影响，如骨质疏松、骨病等。
综上所述，基于生物力学的人体骨骼结构有限元分析是一种有效的研究方法，可以揭示骨骼在受力情况下的行为和性能。
通过这种方法，可以深入了解人体骨骼的力学特性，为运动损伤防护、骨折治疗和人工骨骼植入物设计提供科学依据。
股骨三维有限元快速建模及骨密度值求解的初步研究
摘 要 ：目的 运行 Ａｎｙ 命 令流文件快速建立 股骨三维 有限元模 型 ， ｓｓ 完成股骨骨 密度 值的精确求解 并进行验证 。
方法 对 １ 侧 完 整 的新 鲜 成 人 尸 体 股 骨 标 本 ， 用 真 实 测 量 方 法 （ 实 测 量 组 ） 有 限 元 分 析 方 法 （ 限 元 分 析 ２ 采 真 与 有 组 ） 量 骨 密 度 值 。有 限元 分 析组 进 行 高 速 薄 层 Ｃ 扫 描 、 ｓ 测 Ｔ Ｍａｋ文 件 编 辑 、 步 三 维 重 建 、 面 光 滑 处 理 、 出 股 初 表 输 骨 三 维 模 型 、 行 Ａｎｙ 命 令 流 文 件 １ 成 网格 划 分 ， Ｍｉ ｃ 对 股 骨 三 维 模 型 赋 予 材 料 属 性 ， 成 有 限 元 建 运 ｓｓ 完 在 ｍｉ ｓ中 完 模 、 析 ， 行 Ａｎｙ 命 令 流 文 件 ２ 文 件 ３读 取体 单 元 的 数 值 及 体 积 ， Ｅ ｃｌ 完 成 体 单 元 的体 积 统 计 ， 相 分 运 ｓｓ 及 ， 在 ｘｅ中 与 应 的密 度 值 的乘 积 即为 各 材 料 属 性 的质 量 ， Ｍｉ ｃ 从 ｍｉ ｓ中直 接 读 取 三 维 模 型 的 体 积 ， 得 骨 密 度 值 。真 实 测 量 组 将 求 股 骨 标 本 以 电子 天 平 精 确 称 重 后 计 算 真 实 骨 密 度 值 。 ２ 骨 密 度 值 的数 据 进 行 单 因素 方 差 分 析 。结 果 组 快 速 完 成 了１ ２侧 股 骨 标 本 有 限元 建模 并 完 成 简 易 的有 限元 分 析 ； 组 骨 密 度 值 比较 差 异 无 统 计 学 意 义 （ ２ Ｐ一０ ４ ７ 。 结论 ．４）
钛合金固定股骨骨折系统的有限元分析及实验验证研究毕业论文_生物力学
目录第一章绪论 .............................................................. - 2 -1．1引言.. (1)1.2骨折内固定接骨板的国内外研究现状 (1)1.2.1国外研究现状 (1)1.2.2国内研究现状 (2)1.3骨生物力学有限元仿真的研究现状 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2国内研究现状 (3)1.4骨生物力学性能实验的国内外研究现状 (3)1.4.1骨生物力学性能实验的国外研究现状 (3)1.4.2骨生物力学性能实验的国内研究现状 (4)1.5论文的研究目的、内容及章节安排 (4)1.5.1研究目的 (4)1.5.2研究内容 (4)1.5.3章节安排 (4)1.6本章小结 (5)第二章股骨及相关附属结构的简介 (6)2.1股骨的解剖结构 (6)2.2股骨的附属结构 (7)2.2.1膝关节的解剖结构分析 (7)2.2.2髋关节的解剖结构分析 (8)2.3股骨干骨折类型 (8)2.4骨折愈合机制 (9)2.5本章小结 (9)第三章股骨干骨折系统模型建立及有限元分析 (11)3.1有限元分析的前提 (11)3.2股骨三维模型的建立 (11)3.2.1反求工程的概念 (11)3.2.2股骨模型的建立 (13)3.2.3钛合金接骨板、骨钉模型的建立及与股骨的装配 (17)3.2.4在ANSYS软件内建立股骨骨折系统模型 (17)3.3内固定接骨板系统的有限元分析 (18)3.3.2 划分网格 (19)3.3.4加载方式 (21)3.3.5计算求解 (21)3.3.6 后处理 (21)3.3.7有限元分析结果整理 (29)3.3.8 结果分析 (30)3.4 本章小结 (31)第四章股骨愈合的力学实验 (32)4.1电测法的简介 (32)4.1.1电测法的基本概述 (32)4.1.2电测法的特点 (32)4.2电测法在骨生物力学的应用 (32)4.3骨愈合力学实验 (33)4.3.1实验设计 (33)4.3.2实验数据统计 (34)4.4对应有限元分析模型的建立 (35)4.5本章小结 (36)第五章股骨有限元分析结果与实验结果的对照 (37)5.1实验数据整理 (37)5.2实验数据与有限元分析数据的比较 (38)5.3本章小结 (39)第六章结论与展望 (40)6.1 结论 (40)6.2展望 (40)参考文献 (42)致谢 (43)第一章绪论1．1引言生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。
骨强度的有限元分析汇总
骨强度的有限元分析曾一鸣编译上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科局部骨密度的双能X线测定已广泛用于骨质疏松症诊断和骨折风险评估。
然而，临床观察表明双能X线吸收法预测骨折风险在敏感性和特异性方面存在缺陷。
从生物力学角度来看，一种能准确表现骨三维几何形状及骨材料属性异质性分布的研究方法能更好地对骨强度进行评估。
因此，人们对于利用有限元分析评估骨的生物力学行为产生了越来越多的兴趣。
本文以此为视角，描述有限元法并综述其在骨研究方面的应用，讨论此方法的优点和缺陷，评价其评估骨折风险的临床应用前景，提出未来研究的方向。
我们着重阐述该领域的发展趋势及今后的发展重点，而不是针对这一主题作一全面的综述。
一、有限元方法简介在20世纪50年代，有限元法首次应用于结构分析[1]，之后广泛用于几乎每一个工程及相关领域。
在固体及结构力学方面（包括骨力学），可选择有限元法作为计算和模拟的工具。
因为有限元法具有良好的准确性，可评估研究对象受到外加负荷时复杂的几何学表现（例如一块完整的骨头或骨小梁网络）。
概念上看，用有限元法处理固体及结构力学问题是通过将物体划分为有限个构件或单元，每一个单元由一些少量的参考点或节点来定义（图1）。
有限元法就应这种离散化而得名。
应力负荷引起每个单元的变形可通过多种简单的方程式，即所谓的形态方程式来表现。
其中唯一未知的是节点位移，因此只要计算出节点位移，就能得到每个单元处的应变分布，由此确定整个物体各处的应变分布。
要计算出这些位移，研究者还必须规定两个附加的条件：1）边界条件，为外加负荷和/或位移。
2）材料属性：包括每个单元的弹性模量及泊松比。
然后分析一系列能满足物体几何学、边界条件、材料属性力学平衡的节点位移。
随后用节点位移和材料属性来计算整个物体各处的应力分布。
除了能得到应力及应变分布，节点位移还能用于计算其他一些量，如物体的整体刚度及应变能密度。
如果研究者指定某些材料特性，包括破坏特性，这种方法还可用于计算物体在什么时候、什么部位、怎样遭到破坏，但这需要使用非线性建模方法进行大量的计算。
基于ct的股骨精确建模与三维有限元分析
2020年软 件2020, V ol. 41, No. 1基金项目: 黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(No.201910229025)作者简介: 冯雨欣(1999–)，女，17级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学；王玥涵，女，17级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学；曲佳欣(1998–)，女，16级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学；董宁(1995–)，男，17级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学；周成钰(1999–)，女，17级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学；徐会敏(1999–)，女，17级医学影像学专业，本科学历，研究方向：医学影像学。
通讯联系人: 宋海南(1983–)，男，讲师，研究方向：生物力学。
基于CT 的股骨精确建模与三维有限元分析玥冯雨欣，王涵，曲佳欣，董 宁，周成钰，徐会敏，宋海南*（牡丹江医学院医学影像学院，黑龙江 牡丹江 157011）摘 要: 基于CT 影像DICOM 格式数据，应用MIMICS 精确建模，应用3-matic 进行四面体网格划分，利用MIMICS 根据CT 灰度值进行材料属性赋予，通过计算机仿真软件ANSYS 实现力学分析，本文旨在探讨生物力学中有限元模型的构建途径，以对临床提供帮助。
关键词: CT ；股骨三维重建；有限元分析中图分类号: TP311.52 文献标识码: A DOI ：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.010本文著录格式：冯雨欣，王玥涵，曲佳欣，等. 基于CT 的股骨精确建模与三维有限元分析[J]. 软件，2020，41（01）：46 49Accurate Modeling and Three-dimensional Finite Element Analysis of Femur Based on CTFENG Yu-xin, WANG Yue-han, QU Jia-xin, DONG Ning, ZHOU Cheng-yu, XU Hui-min, SONG Hai-nan(Medical Image school of Mu Dan Jiang Medical University, Heilongjiang Mudanjiang, 157011, China )【Abstract 】: Based on the DICOM format data of CT images, MIMICS is used to model accurately, 3-matic is used to divide tetrahedral meshes, MIMICS is used to assign material attributes according to CT gray value, and ANSYS is used to realize mechanical analysis. The purpose of this paper is to explore the way to construct finite element model in biomechanics, so as to provide help for clinic.【Key words 】: CT; Three-dimensional reconstruction of femur; Finite element analysis0 引言股骨是应力最为复杂的悬臂梁结构，对其生物力学特性的研究，可为运动学、骨科医学及手术方法评定等提供可靠的理论指导[1-2]。
基于CT的股骨精确建模与三维有限元分析
基于CT的股骨精确建模与三维有限元分析
近几十年来，医学及工程学领域均在以不同的方式尝试精确建模人体骨骼。
其中，股骨作为人体最大的长骨之一，其精确建模具有极大的研究意义。
本文旨在介绍一种基于CT 的股骨精确建模方法，并对其进行三维有限元分析。
首先，该方法的第一步是获取股骨CT扫描图像。
这可以通过常规放射性检查或计算机断层扫描（CT）来实现。
然后，使用三维图像处理软件对图像进行处理，生成精确的三维股骨模型。
处理过程中需注意区分股骨头和股骨体、转子，以及软骨等结构组织。
接下来，对三维模型进行网格剖分和离散化，将其转换为有限元模型。
确定相应的材料参数和边界条件，并通过数值模拟方法，使用适当的有限元软件进行三维有限元分析。
分析过程中需确定负载情况，以及骨骼组织的材料特性，如骨密度、韧性等。
通过分析得到的数据，可以评定股骨的应力分布、刚度、韧性等性能参数。
在手术前确定骨骼缺损的大小和形状，以及材料特性，同时根据具体手术需求，模拟手术过程，选择合适的修复方法。
此外，还可以对修复方法进行比较，选择最优解决方案。
本方法不仅可以用于医学研究，还能在医疗领域应用于手术前规划和手术过程仿真，以提高手术成功率和患者的生活质量。
同时，在理论和实践中，都有意义。
有限元分析在骨骼肌肉系统模型材料特性研究中的应用_袁高翔
Ｅ １ １ ３ ０ ０ ３ ８ ０ ０ １ １ ３ ０ ０ ５ ４ ０ ０ ２ ２ ０ ０ ０ ５ ４ ０ ０ Ｇ Ｅ Ｇ Ｅ Ｇ ｚ＝ ｘ ｘ＝ ｘ ｚ ｚ＝ ｘ ｚ＝ ｙ ｙ＝ ｙ ｙ＝ Ｅ １ ４ ０ ４ ８ ． ３ １ ４ ０ ４ ８ ． ３ ２ ０ ０ ４ ８ ． ３ Ｇ Ｅ Ｇ Ｅ Ｇ ｘ ｘ＝ ｘ ｚ ｚ＝ ｘ ｚ＝ ｚ＝ ｙ＝ ｙ ｙ＝ ｙ
材料属性 皮质骨 松质骨 ） 弹性模量（ Ｍ Ｐ ａ
增强超弹性基体的三维有限元模型。 ２ 骨骼肌肉系统有限元模型材料参数设定 定义骨骼肌肉组织的生物材料参数， 是建立有限元 模型的关键步骤， 也是有限元分析的基础， 其关系到模型 的可靠性和计算结果的准确性。 ２ ． １ 皮质骨与松质骨 骨是整个骨骼肌肉系统有限元分析中最主要的研究 对其进行材料属性的赋值方法一般有以下几种。 对象， ［ ］ ７ ’ 第一， 研究认为在静态载荷分析中， Ｅ ｌ Ｓ ｈ ｅ ｉ ｋ ｈ等 １ 可以将股骨看作各向同性线弹性体材料进行分析， 结果不 会产生太大偏差， 且这种简化会大大降低建模成本。目前 大多数研究是将骨简化成皮质骨与松质骨， 并视为均一、 各 向同性的线弹性体， 分别赋予皮质骨和松质骨两种材料属 ］ １ ８ ２ ０ － 性， 设定各自的弹性模量及泊松比。亦有研究［ 将皮质 骨与松质骨视为同种材料属性， 以便进一步简化计算。目 。 前有限元研究中常用的材料参数设定见表１
／ ／ １ ８ ． ６ ０ ． ７ ５ ． ３ ０ ． ３ ０ ／ １ ２ ０ ． １ ／ ４ ３ ． ５ ３ １ ． ２ ／ １ ７ １ ． ３ ／ ２ ０ １ ７ ／ ７ ． ３ ０ ． １ ／ ０ ． ３ ０ ． ２ ／ ０ ． ２ ０ ． ３ ／ ０ ． ３ ０ ． ３ ／ ０ ． ３ ０ ． ３ ／ ０ ． ３ ０ ． ３
健康人体正常站立位完整股骨生物力学的有限元分析
中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 52 期 2008–12–23 出版Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research December 23, 2008 Vol.12, No.52基础医学健康人体正常站立位完整股骨生物力学的有限元分析*★刘 杨1,牛文鑫2,陈正龙1Finite element analysis of biomechanics of intact femur in normal human standing modelLiu Yang1, Niu Wen-xin2, Chen Zheng-long1Abstract: A three dimensional finite element model of normal human femur was established through helical CT images under the principle of RE (reverse engineering) and meshed in the ANSYS 9.0 software. Material of the bone was assigned as contiguous, homogeneous, isotropic and linear elastic property. The parameters of cortical bone and cancellous bone were 12 GPa Young's modulus and 0.3 Poisson's ratio. Simulation of normal double legs standing was made on the model and the vertical load from the upper surface was 500 N. The model was constructed successfully. The maximal displacement occurred on the femur head, and the maximal von Mises stress, 14.2 MPa, occurred on the middle and inferior segment of femur stem. The pulling stress was also great in local of the femur neck. The results validate the fact that femoral fracture often happens at the middle and inferior segment of femur stem, and that the elderly are easy to suffer femur neck fracture, and hard to heal. From the viewpoint of biomechanics, they should avoid walking after femoral neck fracture.Liu Y, Niu WX, Chen ZL. Finite element analysis of biomechanics of intact femur in normal human standing model. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(52): 10251-10253(China) [ ]Department of Precision Medical Instrument, Shanghai Medical Instrumentation College, Shanghai 200093, China; 2School of Life Science & Technology Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China Liu Yang★, Master, Department of Precision Medical Instrument, Shanghai Medical Instrumentation College, Shanghai 200093, China liuy@ Supported by: a grant from Excellent Youth Foundation* Received:2008-10-16 Accepted:2008-12-181摘要:建立完整的正常人股骨三维有限元模型,并应用于正常站立位生物力学分析.基于序列 CT 断层扫描图像,应用逆向 工程原理,用自编图像处理程序从图像提取点云,并在逆向工程软件和有限元分析软件中建立有限元模型.其中将模型中 材料考虑为连续,均质,各向同性的线弹性材料,将皮质骨和松质骨材料参数综合等效为弹性模量 12 GPa,泊松比是 0.3. 模拟正常双足站立,股骨头上表面受到垂直向下的分力为 500 N,执行计算.结果成功建立了有限元模型,最大位移发生在 股骨头,最大应力发生在股骨体中下段,为 14.2 MPa,股骨颈局部拉应力较大.验证了股骨骨折多发于股骨体中下段的理 论;并证明了老年人多发股骨颈骨折,并且骨折难愈合的事实,从生物力学角度说明股骨颈骨折后应避免活动. 关键词:股骨;有限元;生物力学;股骨颈骨折刘杨,牛文鑫,陈正龙.健康人体正常站立位完整股骨生物力学的有限元分析[J]. 中国组织工程研究与临床康复,2008, 12(52):10251-10253 [ ]>>本 文 导 读 <<课题背景: 文章受优青基金资助, 研究股骨在日常生活中的正常受力情况, 旨在为日常活动提供建议, 另一方面 为损伤和病变的不正常受力提供参考标准. 课题名称为基 于生物力学方法的中医推拿定量分析技术, 应用有限元方 法将传统中医中的推拿手法和现代科学中定量分析的理 念结合起来,是课题的下一个目标.偏 倚 或 不 足 :文章所建立的模型在材料参数选取上还有较大的改进空间, 可以进一步设置为更合理的非均质, 各向异性,非线弹性材料.增加肌肉,韧带等软组织的 影响,细化髋关节,膝关节处的受力模式,将得到更有 说服力的结果.另外,该模型应该在改进后应用到更多 更有意义的研究中.1节的研究升温,股骨远端的有限元模型也逐渐 0 引言 有限元法的应用极大地促进了生物力学的 发展,近年来,关于人体各组织器官的有限元 模型不断被建立,解决了很多临床,康复,运 动和工业等领域的问题 .股骨联结髋关节和 膝关节,是人体最大的骨头,是人体正常运动 不可或缺的支撑和活动单元[2].虽然近年来产 生了不少优秀的人股骨三维有限元模型,但由 于股骨在体积和长度上都比其他骨头大的多, 所以完整股骨的有限元模型相对较少 .相对 来说,股骨近端有限元模型较多,主要应用于 髋臼和人工关节的研究[4-6] [3] [1]增多[7-9]. 相对单纯对股骨的生物力学研究不多, 李苏皖等[10]应用有限元法分析人正常站立股骨 的应力分布取得很好的结果,但也是仅仅使用 了股骨近端模型,与完整股骨受力情况也有差 异.另外,股骨在下肢活动中具有重要的生物 力学作用,对完整股骨生物力学的深入认识是 研究人体下肢与生物力学因素相关的损伤,疾 病的重要基础.而研究股骨在日常生活中正常 受力情况尤其重要,一方面可以为日常生活活 动提供建议,另一方面为损伤和病变的不正常 受力提供参考标准.文章将根据CT断层扫描数 据,建立正常人完整的股骨三维有限元模型, 并应用于分析人正常站立位股骨的生物力学特上海医疗器械高 等 专 科 学校 精 密 医疗器械系, 上海 市 200093;2 同 济 大 学 生命 科 学 与 技 术 学院 生 物 医学工程研究所, 上海市 200092 刘 杨★,男, 1979 年生,陕西 省 西 安 市人 , 汉 族,2006 年德国 科 布 伦 茨应 用 技 术 大 学 毕业 , 硕 士, 主要从事医学 及 运 动 医学 工 程 方面的研究.liuy@优青基金*中图分类号: R318 文献标识码: A 文章编号: 1673-8225 (2008)52-10251-03 收稿日期:2008-10-16 修回日期:2008-12-18 (20081111026/GA).由于近年来对膝关ISSN 1673-8225 CN 21-1539/RCODEN: ZLKHAH10251刘杨,等.健康人体正常站立位完整股骨生物力学的有限元分析征. 1 1.1 材料和方法 有限元模型的建立 对正常男性全股骨进行CT断区域都在解剖上属于关节接触位置.由于仅关注了正常 站立姿态下股骨的生物力学特性,在计算中忽略韧带, 肌肉等软组织的影响.条件设置后在Ansys9.0中执行运 算.层扫描,取得原始图片.在处理原始图片前,将骨组织 区域和其他轮廓在图像处理软件Photoshop中进行分割 并保存为JPG格式.运用同济大学生命科学与技术学院 生物力学实验室编写的数字图像处理程序对分割后的 图像进行边缘检测,提取边界坐标.用C语言程序对采 集的象素坐标乘以相应系数,就得到相对应实体的二维 真实坐标.然后,根据CT扫描的层厚,对每幅图像在三 维上进行定标.经过程序处理,将股骨的外轮廓三维坐 标存储为点云文件. 将采集的点云文件输入逆向工程软件Geomagic, 其 中模型经历3个处理阶段:点阶段见图1a,多边形阶段 见图1b, 曲面阶段. 形成NURBS曲面(非均匀有理B样条 曲面).然后,以IGES格式将文件导出.在有限元软件 Ansys中, 读取Geomagic里得到的IGES格式的模型数据, 将所有的面生成三维实体模型,见图1c,并采用10节点 的四面体单元进行网格划分, 得到有限元模型, 见图1d.2结果 实体模型共包括NURBS曲面406个, 见2.1 模型结果 图1d. 2.2 计算结果图1c.有限元模型生成节点14 909个,单元9 340个,见计算结果: 在竖直方向上最大向下位移发生在股骨头凹处,为1.155 mm, 最大向上位移发生在大转子外侧,为0.341 mm,见图2a. 最大总位移发生在股骨头上端加载处,为3.195 mm,见图2b. 沿竖直方向应力分布,最大拉应力发生在股骨体中下段外侧, 为12.2 MPa, 最大压应力发生在与最大拉应力同一水平面的股 骨体内侧, 为14.2 MPa, 从最大拉应力到最大压应力逐渐过渡, 股骨颈上缘显示小区域拉应力略大, 股骨头, 大转子和内外髁 没有应力集中,见图2c. 最大von Mises应力与竖直方向最大压应力大小和位置完全相 同,见图2d,e. 股骨体中下段内外两侧都有明显的应力集中, 股骨颈局部应力 略大,股骨头,大转子,内外髁应力较小,粗线部位有明显的 零应力分布线.a: Point cloudb: Polygonc: Solid modeld: Finite element a: Displacement in Z-axes b: Integrate displacementFigure 1 Femur 3D finite element modeling process 图 1 股骨三维有限元模型建立过程模型包含骨髓腔, 骨质部分材料考虑为连续, 均质, 各向同性的线弹性材料.虽然目前的股骨模型材料参数 设置为松质骨和皮质骨两种,甚至设置为非均匀材料. 但是也有文献认为可把股骨看作分布均匀且各向同性 体材料进行分析,结果不会产生大的偏差,而且这种简 化也大大降低了建模成本[11].所以文章模型将皮质骨和 松质骨材料参数按参考文献[12]综合等效为弹性模量 12 GPa,泊松比是0.3. 1.2 模拟正常站立股骨受力分析 设置边界条件, 将股 骨实体模型的内外髁下缘的NURBS曲面全部自由度约 束为零.假设静止双脚站立位时,股骨头上表面受到垂 直向下的分力为500 N,所有加载区域和边界条件控制10252c: Stress in Z- axes d, e: von Mises stressFigure 2 Calculating results 图 2 计算结果3 3.1讨论 股骨模型的建立 有限元模型是生物力学有限元P.O. Box 1200, Shenyang110004刘杨,等.健康人体正常站立位完整股骨生物力学的有限元分析分析的基础, 是精确分析的保证, 同时也是重点和难点. 本模型基于序列CT断层扫描图像,应用逆向工程原理, 所生成模型采用了NURBS曲面, 从外形上较好地模拟了 实体.该方法承袭借鉴了先前建模经验 可靠性. 骨组织的力学性质是非均匀的,各向异性的非线性 的,一般区分的皮质骨和松质骨在力学性质上也是渐变 的.由于生物组织的个体差异性较大,所取参数的不同 都可以有合理的解释,所以生物力学中的分析应注重规 律的发现,而不应该耽于具体数量的论证.出于简化的 目的,文章将骨组织的材质做了整体等效,并认为张美 超等[12]所取弹性模量为12 GPa比较客观. 3.2 正常站立位股骨受力分析 文章计算模型, 边界条 件和加载条件都在合理范围内做了简化,考虑简化因 素,计算结果位移,应力分布规律较为可靠.股骨的整 体显示为股骨头类似一个悬臂梁的结构,在股骨头上施 加向下压力,最大位移应该发生在股骨头离股骨中轴线 最远的点上,股骨颈部位应该有应力集中,这与模型计 算结果都相当吻合.计算结果显示应力集中的部位,都 是在正常人体解剖结构中骨质明显增厚,密度明显增加 的部位, 这个规律符合Wolff定律, 体现了人体内组织结 构和功能的一致性.而且计算结果与临床发现股骨骨折 大多发生在股骨体中下段的事实完全符合. 完整股骨模型对于分析股骨应力能够摆脱局部模 型许多不足,分析结果更全面.本模型分析股骨颈应力 较大,这与临床发现和他人股骨近端模型计算结果基本 一致,是股骨远端模型不可能得到的.同时,文章结果 证明最大拉应力发生在股骨体中下段外侧,最大压应力 发生在与最大拉应力同一水平面的股骨体内侧.这在股 骨近端模型中不能被观察到, 如在李苏皖等[10]的模型计 算结果中,由于其模型恰好错过了发生应力集中的这个 阶段,其计算结果就相当片面. 骨头是抗压不抗拉的材料,在拉应力作用下极易破 坏[16-17] [13-15]常人股骨三维有限元模型.应用模型于正常站立位受力 分析,所得结论与理论分析和临床发现基本一致,验证 了股骨骨折多发股骨体中下段的事实,并证明了老年人 多发股骨颈骨折,并且骨折难愈合的事实,从生物力学 角度说明股骨颈骨折后应避免活动. 41 2,具有一定参考文献Zhang MC, Zhong SZ. Jiepou Kexue Jinzhan 2003;9(1): 53-56 张美超, 钟世镇. 国内生物力学中有限元的应用研究进展[J]. 解剖 科学进展,2003,9(1): 53-56 Lewis CL, Sahrmann SA, Moran DW. Effect of position and alteration in synergist muscle force contribution on hip forces when performing hip strengthening exercises. Clin Biomech (Bristol, Avon) 2009;24(1):35-42 Ma JX, Ma XL, Zhang QG, et al. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(35):6823-6826 马剑雄, 马信龙, 张清功, 等. 三维有限元模型评价股骨正常站立位 的 生 物 力 学 特 性 [J]. 中 国 组 织 工 程 研 究 与 临 床 康 复 , 2008 , 12(35):6823-6826 Qian JG, Song YW, Tang X, et al. Examination of femoral-neck structure using finite element model and bone density using dual-energy X-ray absorptiometry. Clin Biomech 2009; 24(1): 47-52 Jonkers I, Sauwen N, Lenaerts G, et al. Relation between subject-specific hip joint loading, stress distribution in the proximal femur and bone mineral density changes after total hip replacement. J Biomech 2008; 41(16): 3405-3413 Chen HZ, Jiang W, Zou W, et al. The biomechanical behavior on the interface of tumor arthrosis/allograft prosthetic composite by finite element analysis. Appl Surf Sci 2008; 255(2): 276-278 Shen GS, Xu YJ, Zhou HB, et al. Effect of femoral tunnel angle on tunnel enlargement in anterior cruciate ligament reconstructions. The Seventh Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering, 2008, Beijing, China. IFMBE Proc 2008;19: 103-106 Jiang HL, Hua JM, Xu XZ, et al. Suzhuo Daxue Xuebao: yixueban 2008;28(3): 421-422 姜华亮, 华锦明, 许新忠, 等. 正常人膝关节三维有限元模型的建立 [J]. 苏州大学学报: 医学版, 2008,28(3): 421-422 Completo A, Talaia P, Fonseca F, et al. Relationship of design features of stemmed tibial knee prosthesis with stress shielding and end-of-stem pain. Mater Design 2009; 30(4): 1391-1397 Li SW, Pu HF, He F, et al. Linchuang Guke Zazhi 2003;6(1) :1-4 李苏皖,卜海富,何仿,等. 正常双腿站立位股骨上段应力分布的 三维有限元分析[J]. 临床骨科杂志,2003,6(1) :1-4 El'Sheikh HF, MacDonald BJ, Hashmi MSJ. 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《2024年股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》范文
《股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》篇一股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定术的三维有限元分析一、引言随着医疗技术的进步，骨科手术逐渐向微创、精准、快速康复的方向发展。
股骨近端良性病变的手术治疗中，骨水泥联合钢板内固定技术因其良好的固定效果和较快的康复速度，被广泛应用于临床。
本文旨在通过三维有限元分析的方法，对股骨近端良性病变采用骨水泥联合钢板内固定术的生物力学性能进行深入研究。
二、材料与方法1. 病例选择选取近期接受股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定术的患者，其年龄、性别、病变部位等基本情况应具有代表性。
2. 三维模型构建利用医学影像技术（如CT、MRI）获取患者股骨近端的影像数据，通过专业软件进行三维重建，构建出精确的三维模型。
3. 材料属性设定对模型中的骨组织、骨水泥、钢板等材料设定合理的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
4. 有限元网格划分将三维模型划分为有限元网格，网格的划分应尽可能细致，以保证分析的准确性。
5. 边界条件与载荷设定设定合理的边界条件和载荷，模拟患者在术后行走、运动等过程中的生物力学环境。
三、结果与分析1. 应力分布分析通过有限元分析，可以得出骨水泥、钢板及周围骨组织的应力分布情况。
分析各部分的应力大小及分布规律，有助于了解手术后的生物力学性能。
2. 固定效果评价通过对比术前术后的应力分布情况，可以评价骨水泥联合钢板内固定术的固定效果。
分析固定后骨组织的应力是否得到有效分散，钢板和骨水泥是否发挥了良好的支撑作用。
3. 手术风险评估根据有限元分析结果，可以评估手术风险。
如应力集中区域可能导致的骨折、钢板松动等问题，为手术方案的选择和术后康复提供参考。
四、讨论通过对股骨近端良性病变采用骨水泥联合钢板内固定术的三维有限元分析，我们可以得出以下结论：1. 骨水泥和钢板的联合使用可以有效地分散股骨近端的应力，促进骨折愈合，提高患者的康复速度。
2. 合理的手术方案和操作技巧对于保证手术效果至关重要，医生应根据患者的具体情况选择合适的手术方案。
《2024年股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》范文
《股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定的三维有限元分析》篇一一、引言近年来，股骨近端良性病变在骨科临床中常见，主要涉及到的是非肿瘤性的疾病变化。
随着医学技术的发展，骨水泥联合钢板内固定治疗技术在临床上得到广泛应用，以提高骨骼稳定性，并改善患者的康复情况。
针对这种治疗手段的深入研究及三维有限元分析是必要而有效的手段。
本文将对这一手术技术进行详细的三维有限元分析，为医学临床实践提供理论基础和参考依据。
二、材料与方法（一）研究材料本研究的材料来源于近期接受股骨近端良性病变骨水泥联合钢板内固定治疗的病例。
通过收集患者的影像学资料，包括X光、CT和MRI等，建立精确的股骨近端三维模型。
（二）方法采用三维有限元分析软件，对骨水泥联合钢板内固定后的股骨近端进行建模、网格划分、材料属性定义、边界条件设定及载荷施加等步骤。
通过模拟人体生理活动下的力学环境，对模型进行力学分析。
三、三维有限元模型的建立与分析（一）模型建立根据影像学资料，利用专业软件建立股骨近端的三维几何模型。
在模型中准确描绘出骨水泥和钢板的形态和位置。
对模型进行网格划分，生成有限元模型。
（二）材料属性定义根据文献资料和实验数据，为骨组织、骨水泥和钢板定义合理的材料属性，包括弹性模量、泊松比等力学参数。
（三）边界条件与载荷设定根据人体生理活动的实际情况，设定边界条件和载荷。
如模拟人体站立、行走等不同状态下的力学环境，对模型进行加载。
（四）结果分析通过有限元分析软件，得出模型在各种边界条件和载荷下的应力、应变等力学参数。
对结果进行分析，评估骨水泥联合钢板内固定后的股骨近端的力学稳定性和生物相容性。
四、结果与讨论（一）结果通过三维有限元分析，我们发现骨水泥联合钢板内固定后的股骨近端在各种边界条件和载荷下均表现出良好的力学稳定性。
钢板和骨水泥的存在有效分担了骨骼的应力，减少了骨骼的应变。
同时，材料间的界面处未出现明显的应力集中现象，表明骨水泥与骨骼、钢板与骨骼间的结合牢固，生物相容性良好。
附加钢板治疗股骨骨折髓内钉内固定后骨不连的有限元分析
附加钢板治疗股骨骨折髓内钉内固定后骨不连的有限元分析摘要】通过有限元法对附加钢板髓内钉加固骨折股骨与仅用髓内钉加固骨折股骨的生物力学稳定性比较，为临床应用提供理论参考。
分别建立附加钢板髓内钉固定骨折股骨的有限元模型与仅用髓内钉固定骨折股骨的有限元模型。
对两种有限元模型施加相同载荷，分析模型中股骨与固定器的应力分布及压力情况。
附加钢板髓内钉模型上的最大应力出现在钢板上，仅用髓内钉固定的模型上的最大应力出现在股骨上；步行工况下，附加钢板上的最大应力出现在第一个螺钉上为134.7Mpa,比爬楼工况下大。
爬楼工况下,股骨上的最大应力出现在中间的螺纹孔上为55.9Mpa，比步行工况下大。
与仅用髓内钉固定相比，附加钢板髓内钉固定更加稳定，股骨上的应力均匀且小。
【关键词】股骨骨折；髓内钉；附加钢板；骨不连；有限元【中图分类号】R683 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2016）26-0248-02股骨髓内钉固定技术具有手术创伤小、稳定性好、恢复快等优势，是治疗股骨骨折的首选方案，但是手术后仍然出现骨不连现象，根据李衡等[1]报道术后骨不连发生率为1%～2%。
近年来随着髓内钉的广泛应用及高能量损伤的增加，骨不连的发病率有增加的趋势，在一些学者的报道中骨不连的发病率可达6.3%～12.5%[2]。
目前对于股骨干骨折髓内钉固定后骨不连的治疗并没有统一标准，常用的方法为保留原髓内钉附加钢板加固。
本实验通过计算附加钢板髓内钉固定骨折股骨和仅用髓内钉固定骨折股骨的有限元模型，进行生物力学分析，对临床应用及内固定器设计提供参考依据。
1.材料与方法1.1 几何模型的构建本研究的CT数据来自上海市第六人民医院骨科，志愿者为男性，36周岁。
CT数据输出到DICOM中，导入MIMICS 17.0中。
采用阈值分割等方法提取股骨的几何特征，并输出为STL格式。
由MIMICS导出的数据存在破面和噪点，为得到精确有效的股骨模型，将STL文件导入到Geomagic studio 12.0中进行修复破面，删除噪点等光滑处理，最终输出IGES格式。
基于三维重建技术及有限元分析的骨密度测量
基于三维重建技术及有限元分析的骨密度测量张国栋;陶圣祥;毛文玉;陈建桥;栾夏刚;郑晓晖;廖维靖【摘要】背景:为减少有限元分析的运算量,使之更具有临床实用性,前期试验对赋予材料属性进行了探讨,论证了赋予骨骼10种材料属性可以达到有限元分析的要求,同时发现通过有限元分析的方式,可以实现骨密度值的求解.目的:探讨基于三维重建技术及有限元分析测量骨密度的方法,对骨骼有限元分析的一般过程进行一定规范.方法:选用11侧股骨上段标本,对照组直接测量标本的质量;试验组将11侧标本进行高速CT薄层扫描,在Mimics 10.0中进行三维重建,在Ansys中进行体网格划分,在Mimics中赋予10,100,400种材料属性,输出至Ansys计算骨骼中每一种材料属性的体单元体积,根据CT扫描灰度值与骨密度的经验公式,计算标本质量及密度,进行统计学处理.结果与结论:骨密度单因素方差分析结果显示,对照组与赋予10,100,400种材料属性各试验组差异均无显著性意义(P均＞0.28),试验组各组别之间差异均无显著性意义(P均＞0.8).结果提示,该试验方法可定量测量骨骼质量、密度及骨密质和骨松质的比例,赋予骨骼10种材料属性即可达到测量要求,试验结果可为骨质疏松症的骨密度与有限元分析的统一作初步准备.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2010(014)009【总页数】6页(P1539-1544)【关键词】骨密度;三维重建;有限元;骨质疏松症;数字化骨科技术【作者】张国栋;陶圣祥;毛文玉;陈建桥;栾夏刚;郑晓晖;廖维靖【作者单位】武汉大学中南医院,康复医学科,湖北省武汉市430071;武汉大学中南医院,骨科,湖北省武汉市430071;华中科技大学力学系,湖北省武汉市430074;华中科技大学力学系,湖北省武汉市430074;武汉大学中南医院,骨科,湖北省武汉市430071;武装警察部队福建总队院骨科,福建省福州市350025;武汉大学中南医院,康复医学科,湖北省武汉市430071【正文语种】中文【中图分类】R772.20 引言骨密度是有限元分析的重要指标，通过骨密度可以赋予骨骼三维模型弹性模量、泊松比、屈服强度等参数，骨密度值也是沟通虚拟的有限元研究和现实的体外力学试验的“桥梁”，甚至骨密度可直接作为诊断骨质疏松症的重要参考[1]，而二维的骨密度测量双能X线骨密度仪、定量CT、定量超声在质量控制上难以令人满意，虽然三维骨密度测量定量CT可以测量骨矿密度，并在一定程度上预判骨强度[2-3]，但实用性及质量控制尚欠佳。
骨科金属植入物有限元分析资料注册技术审查指导原则2020
附件4骨科金属植入物有限元分析资料注册技术审查指导原则本指导原则旨在为注册申请人在使用有限元工具辅助产品力学性能研究并用于产品注册申报时提供参考，同时也为审评机构对注册申报资料的技术审评提供技术指导。
本指导原则系对骨科金属植入物有限元分析资料的一般要求，注册申请人应依据具体情形对注册申报资料的内容进行充实和细化，并确定其中的具体内容是否适用。
本指导原则是对注册申请人和审评人员的技术指导性文件，不包括注册审批所涉及的行政事项，亦不作为法规强制执行。
如果有其他科学合理的替代方法，也可以采用，但是需要提供详细的研究资料和验证资料。
应在遵循相关法规和标准的前提下使用本指导原则。
本指导原则是在现行法规和标准体系以及当前认知水平下制订的，随着法规和标准的不断完善，以及科学技术的不断发展，本指导原则相关内容也将进行适时的调整。
一、适用范围本指导原则适用于采用不可降解的金属材料制造的骨科植入物产品。
用于在产品设计阶段和验证阶段，围绕产品的力学性能所开展相关的有限元分析研究，包括在产品设计阶段过程中对—1 —器械体内受力情况的模拟，判断器械设计合理性；或在设计阶段完成物理试验研究后发生设计变更，利用有限元分析方法评价物理试验所使用的样品是否可代表设计变更后产品的力学最差情形或典型性；或在产品设计定型后，利用有限元分析方法确定不同型号、规格的产品力学性能最差情形的试验样品的型号规格。
有限元分析结果仅作为产品力学性能和评价的参考，辅助用于产品力学性能研究，在产品进行力学性能研究时，不能仅通过提交有限元分析报告替代所开展的实际物理试验结果。
其他采用有限元分析的研究，如运动功能、生物功能等，可参考本指导原则适用的部分。
二、有限元分析资料申报产品提交的有限元分析资料应包含但不限于以下内容，资料中所使用的术语建议参考GB/T 33528-2017《机械产品结构有限元通用分析规则》。
（一）有限元分析的目的与评价指标明确有限元分析的对象、目的及分析结果的评价指标或评价原则，提供评价指标或评价原则的确定依据，即明确评价指标与产品相应性能评价之间的关系。
dhx 成人股骨有限元模型验证实验报告
实验三成人股骨有限元模型验证实验报告邓宏兴车二20100410202一、实验设备和条件软件：LS-DYNA、HYPERMESH、HYPERVIEW硬件：计算机二、实验内容在原有模型中股骨干材料的MID：13360001，材料类型为分段线性弹塑性，*MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY。
需要参照S-DYNA 的关键字手册，对该材料卡片中的弹性模量E、屈服极限SIGY、切线模量ETAN、有效塑性应变FAIL 进行修改。
得到与已有曲线相似的力位移曲线。
三、实验过程1.在已有K文件的基础上，直接用记事本打开K文件，找到材料13360001的弹性模量、屈服极限、切线模量和有效塑性应变对应的值就行修改，经过不断的修改，计算。
得到与已有曲线相似曲线即可完成本次实验。
2.计算用LS-DYNA完成，最终曲线有HYPERVIEW从计算结果中调出单元位移随时间的曲线和力随时间的曲线，再由以上两曲线生成力-位移曲线，与原有曲线对比。
四、实验数据及结果分析经过多次计算，最终将弹性模量E修改为3.3E+10、屈服极限SIGY修改为800000、切线模量ETAN修改为1.8E+10、有效塑性应变FAIL为0.009；得到如下曲线：图一仿真曲线与原有曲线对比五、实验结果分析与结论从图中分析可以看出仿真曲线总体上与原有曲线走势相似，在曲线的前段中基本上与原有曲线重合，模拟结果较好，但是力的大小在曲线的后部分增加比较少，比原有曲线要低，实验结果与实际的理想结果有一定差异。
在反复的修改实验数据进行曲线的拟合中，我们逐渐发现了各个参数所控制的效果，例如，密度RHO的改动几乎是对曲线的走势毫无影响，而弹性模量E和切向模量ETAN在改动的过程中主要控制曲线上升的斜率，E和ETAN越大，则曲线越陡，力上升越快，屈服极限SIGY是E和ETAN改变的转折点，而有效塑性应变则是控制曲线的下降点，也即胫骨的断裂点。
由此可知，为了得到与原有曲线更为接近的曲线，我们应该将E再增大，但是根据对尸体进行试验所获得的表格数据，实验中的弹性模量E不宜过大，故本次实验保留上面曲线的结果，即以上面的实验数据为所获得的最终结果。