一种高仿真腕关节有限元模型的建立及验证OA

背景:目前涉及腕关节的有限元模型研究大多只构建骨骼韧带,较少涉及肌肉及肌腱等组织,仿真性和精确性不足。目的:建立一种高仿真腕关节有限元模型,以期为深入开展腕关节生物力学研究提供参考。方法:选取1名33岁成年健康男性志愿者的上肢CT及MRI数据,将所得图像导入Mimics 20.0中,采用阈值选择、区域增长、图像分割等方法,进行腕关节相关骨骼及肌肉等软组织的重建,通过Solidworks 2020、Hypermesh 14.0对模型进行表面优化处理、曲面片及网格的划分,将赋予材料属性的模型导入ABAQUS 6.13,建立韧带、软骨及软骨接触,建立腕关节三维有限元模型,观测在轴向压力情况下腕关节各结构的应力分布。结果与结论:①建立了包括尺桡骨、肱骨远端、手腕骨、掌骨、旋前圆肌、旋前方肌、旋后肌、外侧肌群、掌侧肌群、背侧肌群、骨间膜及主要韧带和软骨等结构的三维有限元模型,共包括759191个单元,245510个节点,计算并获得了掌骨受轴向压力下桡腕关节的应力分布图,与文献报道尸体研究相对比,验证了此次研究建立模型的真实有效性;②综上,基于人体CT及MRI影像数据,通过计算机软件模拟重建了更完整的腕关节骨与软组织结构,建立了前臂肌肉的起止点及肌肉走行过程中与骨骼之间的接触,得到了更为仿真的腕关节有限元模型。