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手是由骨、關(guān)節(jié)、韌帶、肌肉和肌腱組成的，發(fā)揮手的任何功能都必須依賴于這些結(jié)構(gòu)共同而復(fù)雜的配合來完成。只有深入地探索和研究其生物力學(xué)原理及各種疾病的發(fā)生、發(fā)展原理，手外科的整體理論深度和治療水平才有可能得到進(jìn)一步展，從而更好地應(yīng)用于臨床。本研究探索在個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)上依據(jù)活體圖像結(jié)合解剖資料，構(gòu)建腕關(guān)節(jié)三維有限元分析模型的可行性及其應(yīng)用價(jià)值。
本研究主要包括骨和軟骨組織三維有限元的研究。從掃描圖像中可以很清楚得到骨與軟骨的輪廓分界，人工自由選擇比較合適的單位擬定為軟骨數(shù)據(jù)，其余部分?jǐn)M定為骨骼數(shù)據(jù)，測(cè)量掃描圖像中軟骨輪廓，并參考文獻(xiàn)中軟骨厚度的數(shù)據(jù)，設(shè)置軟骨層厚度為將掃描得到的圖像以格式刻盤，導(dǎo)入到三維醫(yī)學(xué)圖像建模軟件，根據(jù)骨與軟骨輪廓分界將骨與軟骨分割，然后建立實(shí)體三維模型，并以格式導(dǎo)出。并再次導(dǎo)入到軟件中，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化，并對(duì)網(wǎng)格化后的模型進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化，獲得不包括軟骨及其附屬韌帶等的完整腕部骨骼有限元模型，并在此模型中根據(jù)軟骨層厚度進(jìn)行手繪各軟骨面，同時(shí)記錄各骨模型的單元位置及單元編號(hào)，用于其后的材料屬性的賦值，以及接觸分析中接觸對(duì)的定義。最終得到完整的腕關(guān)節(jié)整體三維有限元模型，包括近端尺橈骨、腕骨、掌骨、近節(jié)指骨及各軟骨面。
模型的材料屬性，生物組織屬于各向異性的非線性體，而且腕部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多。本研究著重討論靜態(tài)載荷下的腕舟骨的受力情況(主要為舟、月骨與橈骨接觸面的接觸應(yīng)力分布情況)，同時(shí)參考文獻(xiàn)方法，模型中僅考慮了骨與軟骨材料，以減少計(jì)算量。
將模型中的橈骨和尺骨近端在個(gè)方向完全約束，對(duì)近節(jié)指骨各施加軸向共455H的壓力載荷。為了更好地模擬腕管載荷傳遞情況，本模型將相鄰?fù)蠊恰锕桥c尺骨、橈骨與腕骨、尺骨與腕骨、腕骨與掌骨各關(guān)節(jié)處的軟骨單元設(shè)置為接觸單元。根據(jù)解剖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到載荷作用下各骨周圍可能與之接觸的骨骼分布情況，設(shè)置各軟骨接觸對(duì)。考慮軟骨之間的摩擦系數(shù)較小，且關(guān)節(jié)中的組織滑液有減小摩擦的作用，因此本研究沒有考慮摩擦因素的影響。
建立了包括橈，尺骨遠(yuǎn)端，腕骨，掌骨，近端指骨，各關(guān)節(jié)軟骨面，三角纖維軟骨復(fù)合體等結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，成功模擬了掌骨受軸向壓力情況，并得到各腕骨應(yīng)力分布圖。尤其真實(shí)有效模擬軸向壓力加載下舟狀骨應(yīng)力分布最為集中地分布于腰部，這明確解釋了臨床工作中舟狀骨骨折多見于腰部，并且有效驗(yàn)證了本模型的真實(shí)性及有效性。
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