坐位骨盆的三维有限元分析_高应超
女性盆底组织病理状态下的三维有限元分析
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【 要】 目 的 建 立 肛 提 肌 力 学 模 型 ， 析 病 理 状 态 下 肛 提 肌 的 应 力 分 布 ， 摘 分 为从 力 学 角 度 认 识 女 性 盆
底 功 能 障 碍 性 疾 病 （ Ｆ 提 供 参 考 。 方 法 基 于 磁 共 振 （ Ｐ Ｄ） ＭＲ１影 像 学 资 料 ， 用 ＭＩ Ｃ ） 采 Ｍｌ ｓ三 维 重 建 软 件 重
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有限元分析模型在女性盆底功能障碍性疾病研究中的应用及意义
有限元分析模型在女性盆底功能障碍性疾病研究中的应用及意义陈茜;卢媛;尧良清【摘要】Pelvic floor dysfunction is a common disease in elder women. The incidence increases year by year ,it has a serious impact on the health and quality of life in elder women. With the development of medical imaging technology and computer technology,the finite element analysis of pelvic biomechanics becomes the hot spot in the study of pelvic floor dysfunction. At present,the finite element analysis has already been widely used in orthopedics,however,because of the complex anatomy of pelvic floor,and the difficulty of building a model accurately,the domestic research on the finite element of pelvic floor is still in its infancy. The establishment of the finite element model of pelvic floor and the mechanical analysis ,not only can help the gynecologist to understand the mechanism of pelvic floor dysfunction ,but also can help them to make the optimal surgical plan and to predict the efficacy of the treatment. With the continuous improvement of medical imaging technology and computer hardware,we believe that the application of finite element analysis method will play an important role in the gynecology.%女性盆底功能障碍性疾病的发病率逐年升高，严重影响中老年妇女的身心健康和生活质量。
一种人体臀部肌肉-骨骼系统的3D建模方法
作者：刘圣慧曲云霞高晓星李欣业侯书军李慨
来源：《河北工业大学学报》2020年第01期
摘要坐具是人们工作和生活常用工具，其舒适性直接影响人体健康。研究使用不同坐具时人体臀部肌肉-骨骼的受力情况，成为了改善坐具性能的重要研究方法。Spiral computed tomography（CT），Magnetic Resonance Tomograph（MRT）断层扫描数据可以观察不同片层组织变形情况，但是很难量化应变能、剪切力等力学参数。为获取坐姿状态下臀部组织、骨骼的力学特性，需要建立其姿态下的3D生物力学模型。由于国内尚未引进坐姿的MRI设备，坐姿情况下的臀部外廓形提取成为了建立模型时需要解决的重要问题。为解决这一难题，搭建了可用于模仿坐姿的臀部外廓形测量系统。通过Mimics、Solidorks、Geomagic studio等软件工具建立了臀部-肌肉骨骼系统的3D生物力学模型。该模型可通过有限元仿真，深层次地分析臀部组织内层的受力情况，从而用于座椅及轮椅的舒适性研究或压疮的病理研究。
1人体臀部肌骨系统建模
1.1应用设备及软件概述
Go！SCAN50是加拿大Creaform公司生產的一款便携式的3D扫描设备，可提供较大范围扫描，并且测量速率非常快。这些优秀的性能，使得较大面积的人体廓形扫描工作得以顺利展开。
Geomgic Studio软件是Geomagic公司的一款逆向软件，可根据任何零部件通过扫描自动形成精确的数字模型。本论文利用软件的处理功能对扫描后的骨骼、臀部廓形曲面进行修洁和优化。
Solidworks软件是由美国Solidworks公司推出的功能强大的三维机械设计软件系统。在Solidworks装配体模块中，具有强大的可以检测干涉等的功能。为曲面形状复杂的三维实体的装配，提供了判断方法。
有限元分析在手法治疗腰椎间盘突出症中的研究进展
有限元分析在手法治疗腰椎间盘突出症中的研究进展摘要】基于信息化时代背景下，以有限元技术为代表的现代分析理论为构建腰椎模型提供了重要支持。
近年来，有限元模型的精确性及有效性逐步提升，为腰椎融合、椎板与椎间盘切除、脊柱内固定材料等生物力学课题研究提供了广阔平台。
有限元分析的力学改变可反映脊柱内部结构的应力状态，提示部分结构变化后所引发的应力情况，有利于辅助指导临床治疗方案的优化及改善。
目前有限元分析在模拟腰椎间盘突出症患者的腰椎状态上依然存在局限性，但其在脊柱推拿方面可较好地模拟出各类推拿手法的具体情况。
本研究针对有限元分析在腰椎间盘突出症中的相关文献报道进行分析及整合，为临床治疗提供新的研究思路。
【关键词】有限元分析；手法；腰椎间盘突出症；研究进展腰椎间盘突出症是一种具有高发病率的骨伤科疾病，由于受诸多致病因素影响，使得腰椎间盘退变，纤维环破裂后髓核发生压迫或突出，并对神经根、马尾神经、脊髓等造成刺激，引发神经组织水肿、充血，同时出现并发炎性变化，从而导致下肢麻木、腰腿疼痛、放射性疼痛，严重时还可能诱发马尾神经功能障碍[1-2]。
腰椎间盘突出症的病情较易反复发作，对患者的正常生活与工作带来了不利影响。
有限元分析是临床研究腰椎手法的重要手段，多应用于腰椎间盘突出症手法治疗的力学分析中，目前计算机技术不断优化，通过计算机进行分割赋值研究、CT扫描、力学加载、三维重建、应力分析、位移研究的三维有限元方法促进生物力学探究迈入体外模拟阶段，已逐步发展为临床研究的热点[3-4]。
一、有限元分析的概念继光弹法、电测法以及机械法等常规的实验生物力学检测技术后，又衍生出有限元法这类新型的生物力学测试手段，其归属于计算生物力学研究技术范畴。
在1972年，Brekelmans等将有限元法首次引入生物力学领域，经过几十年的发展，其建模技术以及应用范围均获得了有效改进。
有限元模型从二维线性逐步延伸至三维非线性，同时由单个运动节段进展为脊柱整体，甚至整个人体。
三维有限元技术在髋臼创伤中的应用进展
三维有限元技术在髋臼创伤中的应用进展代元元综述章莹审校随着我国现代化进程的加快，高能量、严重暴力所致髋臼骨折的发生率呈现明显增加的趋势。
作为骨盆的重要组成部分，髋臼结构复杂、位置深在，周围重要血管神经较为复杂，损伤类型种类繁多，这些无疑大大增加了手术的难度。
开展对髋臼骨折生物力学的深入研究，有助于提升手术技巧，提高临床疗效。
既往此类研究多以实体骨盆髋臼作为模型，但尸体骨盆标本获取困难且成本高，难以满足实验需要，样本量不足亦可能导致统计结果出现较大误差；传统研究手段也无法透过骨质直接测量两点间距离或两线间角度。
这些局限性促使人们开始寻找骨盆髋臼生物力学及解剖研究的新手段、新技术[1]。
DOI ：10.3969/j.issn.1674-666X.2015.06.008基金项目：广东省科技计划项目（2012B060100008）；广州市科技计划项目（2012J4100039）作者单位：510010广州军区广州总医院骨科医院（代元元，章莹）；510405广州中医药大学研究生院（代元元）通信作者：章莹，E-mail ：zhangying_doc@ 【摘要】三维有限元技术是研究骨盆髋臼骨折相关生物力学的一种常用手段，具有应用广泛、成本低、结果准确、可重复性高的特点。
该文介绍三维有限元技术在髋臼模型构建中的应用，同时重点围绕有限元技术在髋臼前柱、后柱、横形、T 形、方形区骨折等方面的应用进展进行综述。
【关键词】骨盆；髋臼；髋骨折；有限元分析；模型，解剖学；生物力学；应力，物理；骨折固定术，内中图分类号：R683.3，R356.1文献标识码：A 文章编号：1674-666X(2015)06-369-06Current researches of application of three-dimensional finite element in acetabular traumaDAI Yuanyuan*,ZHANG Ying.*Orthopaedics Hospital,Guangzhou General Hospital of GuangzhouMilitary Command,Guangzhou,Guangdong 510010,China;Postgraduate Institute,Guangzhou University ofChinese Medicine,Guangzhou,Guangdong 510405,China.Corresponding author:ZHANG Ying,E-mail:zhangying_doc@【Abstract 】As a common means of biomechanics study of pelvic acetabular fracture,three-dimensionalfinite element technology has the characteristics of widely use,low cost,accurate results and high repeatability.In this paper,application of three-dimensional finite element technology in building models of the acetabulumwas introduced,furthermore,the application progress of finite element technology in acetabular anterior column,posterior column,transverse,T-shape,square area fractures were emphasized and reviewed.【Key words 】Pelvis;Acetabulum;Hip fractures;Finite element analysis;Models,anatornic;Biomechanics;Stress,mechanical;Fracture fixation,internal综述三维有限元分析法通过相关医学工程软件，以CT数据为基础构建三维模型，应用多种形态来分割各区域，并根据需要设置节点，对复杂物体结构具有良好的适用性；同时还能计算模型各部位受力时其内部的应力和应变改变[2-3]。
骨盆、腰椎全景三维重建---功能与力学一目了然
骨盆、腰椎全景三维重建---功能与力学一目了然
全部图片均为真实人体三维重建
所有图片均由SECTRA授权发布
1、腰椎和骨盆的功能呈现相互影响的关系。
2、久坐会引发一个特别的腰骨盆力学改变，即腰椎曲度变小（腰大肌失能），骨盆过度前倾（臀大肌失能）。
3、正常的腰椎的每个椎骨上表面和下表面都是光滑的，如果有尖锐的突起高度怀疑是骨刺。
4、椎骨骨刺的产生从功能角度分析是脊柱不稳定而产生的一种必然结果，因此运动是良医，久坐是苦难。
5、腰椎和骨盆的功能运动组合＋髋关节的灵活性，是判断一个人骨盆稳定的关键指标。
6、骨盆包括3个重要的微动关节，即1个耻骨联合，2个骶髂关节。
【耻骨联合的错位，会影响骶髂关节;骶髂关节失稳会导致下肢的沉重感。
】
7、腰椎主要是椎间关节和关节突关节，图片展示了椎间关节。
8、图片中任何一个关节出现失稳，都会导致其余关节过度代偿或失稳。
女性骨盆三维有限元模型构建及其侧面碰撞分析
女性骨盆三维有限元模型构建及其侧面碰撞分析阮世捷;姜颖飞;李海岩;贺丽娟【摘要】The pelvis injury is common in side impact. The research of pelvis injury could help to design the vehicle safety devices to improve the safety.A three-dimensional finite element model of a 50th percentile Chinese female pelvic was constructed from CT data, using reverse engineering software and mesh created software. And the effectiveness of the model was validated with the experimental data of Guillemot. This model was then used to analyze the response of pelvis in side impact and the influence on pelvic stiffness of different cortical bone thickness. The results revealed that a fracture load of 3.00 kN was found for the female pelvis in side impact. Different results were calculated from different thickness of cortical bone. When the thickness of cortical bone was 1.0 mm and 2 mm, the displacement of anterior and inferior iliac was 9.75 mm and 5.35 mm, respectively. We conclude that the thinner the cortical bone is, the less stiff the pelvis is.%乘员骨盆损伤在车辆侧面碰撞中非常常见,研究骨盆在侧碰中的损伤机理,有助于优化汽车保护装置,提高乘员的安全性.本研究根据CT图片提取相关数据,利用逆向工程软件生成骨盆几何模型,用有限元前处理软件划分网格,构建一个中国50百分位女性骨盆的三维有限元模型,并用Guillemot尸体实验结果验证了模型的有效性.然后用该模型进行侧碰仿真模拟,研究骨盆在侧面碰撞中的响应及密质骨厚度对骨盆刚性的影响.结果表明,女性骨盆在侧面碰撞中发生骨折的临界撞击力为3.00kN;密质骨厚度不同,骨盆受到载荷时的响应也不同,密质骨厚度为l mm时,前下髂骨脊位移为9.75 mm,密质骨厚度为2 mm时,前下髂骨脊位移为5.35 mm.表明密质骨厚度越薄,骨盆刚性越低.【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】5页(P398-402)【关键词】骨盆;有限元模型;侧面碰撞响应;密质骨厚度【作者】阮世捷;姜颖飞;李海岩;贺丽娟【作者单位】天津科技大学机械工程学院损伤生物力学与车辆安全工程中心,天津,300222;天津科技大学机械工程学院损伤生物力学与车辆安全工程中心,天津,300222;天津科技大学机械工程学院损伤生物力学与车辆安全工程中心,天津,300222;天津科技大学机械工程学院损伤生物力学与车辆安全工程中心,天津,300222【正文语种】中文【中图分类】R318.08引言随着汽车产业的飞速发展，汽车安全问题愈来愈引起消费者的关注。
骨盆三维有限元模型的研究与应用
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摘要 ：应用有 限元法进行骨盆生物力学领域的研 究 已成为一种 较常用 的手段 ，文章 阐述 了 目 前有 限元建模 的常用方法及骨
盆 三 维 有 限 元应 用 进 展 ，并 对 骨 盆 三 维 有 限元 目前 存 在 的 问题 及 其 未 来 的 研 究 方 向进 行 初 步 的探 讨 。 关键词：骨 盆；有 限元；生物力学；研 究；应用
骨盆三维有限元模型的研究与应用★
陈 辉 ，廖 瑛 Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｅ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｖ ｃ ｆｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｌ ｔｏ ｆ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｌ ｉ ｉ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌ ｃ ｔ ｐ ｉ ｅ ｍ
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高应超★，男， 1981 年生，甘肃 省张掖市人，汉 族，解放军第四军 医大学在读硕士， 主要从事骨肿瘤 及骨关节重建的 研究。 jirui.999@163. com
通讯作者：郭征， 博士生导师，教 授，解放军第四军 医大学西京医院 全军骨科研究所， 陕西省西安市 710032 guozheng@
Gao YC, Guo Z, Fu J, Tian WJ. Three-dimensional finite element analysis of the pelvis in sitting stance.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2011;15(22): 3997-4001. [ ]
实验方法： 骨盆三维有限元实体模型的建立：根据预先设 置的骨骼CT值范围(226~1 701 Hu)建立涂层。 采用Mimics10.0软件进行骨盆的数字化三维重 建，包括图像输入、分割、三维重建等步骤， 结果以STL格式输出。利用Geomagic软件生成 曲面，Proe5.0进行实体建模。对模型进行平滑、 除噪点、铺面等修饰处理，结果以IGES格式输 出。导入到有限元分析软件ANSYS 10.0中，定 义模型的单位，设定实常数，分别生成表面及 实体模型网格，见图1。
Gao Ying-chao★, Studying for master’s degree, Institute of Orthopaedics, Xijing Hospital, the Fourth Military Medical University of Chinese PLA, Xi’an 710032, Shaanxi Province, China jirui.999@
Three-dimensional finite element analysis of the pelvis in sitting stance
Gao Ying-chao1, Guo Zheng1, Fu Jun1, Tian Wei-jun2
Abstract BACKGROUND: As the the pelvis has complex structure, the studies of pelvis biomechanical properties are fewer in sitting stance. Finite element analysis is accepted gradually for biomechanics of the pelvis. OBJECTIVE: To study the stress distribution on the pelvis of the adult in static sitting stance with three-dimensional finite element model. METHODS: One healthy volunteer was scanned by multi-slices computerized tomography (MSCT). The three-dimensional images of the pelvis were reconstructed with the software Mimics 10.0. With the use of Geomagic and Proe5.0, the three-dimensional model of the pelvis was imported into the ANSYS10.0. Digital three-dimensional structures of the pelvic, such as ligament, were added to the three-dimensional model with powerful pre-processing modular of ANSYS. Finally, the integrated three-dimensional finite elemental model of the pelvis was established. The vertical load pressure (600 N) was exerted on the upper terminal plate of the first body of the sacrum to simulate sitting biomechanics. The stress, strain and displacement nephogram were obtained under axial load. RESULTS AND CONCLUSION: The distribution of stress in bilateral iliac bones was equal. The stress passed through the ala of sacrum and the sacroiliac joint to the tuberodties of ischium. The highest stress was found at the tuberodties of ischium. The von Mises stress and strains for specific location could reflect the characteristic biomechanics of the pelvic ring, implying the accuracy of the finite element model. The results agreed with those by other biomechanics test. The established three-dimensional finite element model of normal adult is valid and reasonable. It can be used for biomechanical analysis and also can meet the needs of clinical situation.
1Institute of Orthopaedics, Xijing Hospital, the Fourth Military Medical University of Chinese PLA, Xi’an 710032, Shaanxi Province, China; 2Department of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, Shaanxi Province, China
Received: 2011-03-25 Accepted: 2011-04-24
高应超，郭征，付军，田维军. 坐位骨盆的三维有限元分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15(22):3997-4001. [ ]
Correspondence to: Guo Zheng, Doctor, Professor, Institute of Orthopaedics, Xijing Hospital, the Fourth Military Medical University of Chinese PLA, Xi’an 710032, Shaanxi Province, China guozheng@fmmu.
中国组织工程研究与临床康复 第 15 卷 第 22 期 2011–05–28 出版 Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research May 28, 2011 Vol.15, No.22
坐位骨盆的三维有限元分析★
高应超1，郭 征1，付 军1，田维军2
者需要较多的标本以控制个体之间的差异，因 此花费较大，对于实验设备和技术的要求也较 高[2]。三维有限元法作为一种新兴的生物力学研 究手段，具有成本低、可比性好、获取信息全 面的优点[3-5]。坐位是人体常见的体位之一，目 前相关研究较少，因此建立有效的骨盆有限元 模型对于重建方式的研究与评估具有重要意 义。
1 对象和方法
设计：三维有限元模型分析。
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
3997
高应超，等. 坐位骨盆的三维有限元分析
1 解放军第四军医 大学西京医院全 军骨科研究所，陕 西省西安市 710032；2 西北工 业大学机械工程 系，陕西省西安市 710072
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673-8225
(2011)22-03997-05