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跟骨是人體中最大的附骨，對(duì)行走及負(fù)重有重要的作用。跟骨形態(tài)復(fù)雜，呈不規(guī)則長(zhǎng)方體，上面有三個(gè)關(guān)節(jié)面，分別為跟距前、中、后關(guān)節(jié)，跟骨后關(guān)節(jié)面最長(zhǎng)，長(zhǎng)軸呈凸弧形斜向前下方，組成跟距關(guān)節(jié)的大部分。以后關(guān)節(jié)面為界分為三部分，后關(guān)節(jié)面以前為前部，以后為后部，前窄后寬。在負(fù)重情況下，足的距骨、跟骨必須正確排列，有足夠的力量和高度來(lái)承受負(fù)荷跟骨骨折是臨床常見(jiàn)骨折。跟骨骨折由于本身復(fù)雜的解剖特點(diǎn)復(fù)雜，現(xiàn)有方法對(duì)跟骨尤其是跟距關(guān)節(jié)面的生物力學(xué)分析有一定的難度。本研究旨在通過(guò)Mimics建立高度仿真的跟骨模型，并且導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行靜壓力有限元分析，對(duì)跟距關(guān)節(jié)面的應(yīng)力分布做簡(jiǎn)要分析。并通過(guò)此方法的建立，為研究跟骨骨折的生物力學(xué)研究建立初步方法。
被測(cè)試對(duì)象：健康男性1名，身高170cm，體重60kg，年齡30歲。采用某市中心醫(yī)院西門子螺旋CT對(duì)其進(jìn)行足部掃描。
用Simens多排螺旋CT對(duì)受試者的足部進(jìn)行掃描，受試者呈仰臥位，從脛骨中段至足底進(jìn)行連續(xù)螺旋掃描，將影像輸入到Mimics軟件(Materialise公司，比利時(shí))。
CT斷層掃描圖片以dicm格式導(dǎo)出，以Mimics軟件(比利時(shí))導(dǎo)入，形成三維圖像，并且通過(guò)對(duì)感興趣的部位(本研究為跟骨)單獨(dú)形成三維圖像，再導(dǎo)出為lis格式，并且做smooth和mesh處理。然后將此文件導(dǎo)入ANSYS，并以此面模型建立體模型。在跟距關(guān)節(jié)面上根據(jù)解剖關(guān)系劃出軟骨關(guān)節(jié)面范圍，設(shè)定跟骨的四面關(guān)鍵點(diǎn)為不可位移的關(guān)鍵點(diǎn)，再在軟骨面上施加正常成人體重的1/2約343N，得出應(yīng)力云圖及各個(gè)方向的形變。
Mimics軟件可以順利的將整個(gè)足的CT斷層掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D模型，然后選取研究感興趣的部分如跟骨單獨(dú)成像。比傳統(tǒng)CT圖像勝在更直觀，并去除了解剖結(jié)構(gòu)的限制，可以從任意角度觀察跟臨床感興趣的部位。將跟骨單獨(dú)形成三維圖像后再導(dǎo)出為lis格式，并且做smooth和mesh處理，然后將此文件導(dǎo)入ANSYS可以建立能夠進(jìn)行有限元分析的網(wǎng)絡(luò)模型。
設(shè)定跟骨的力學(xué)特性密度泊松值和楊氏模量。選定跟骨底部四個(gè)點(diǎn)為約束點(diǎn)，跟距關(guān)節(jié)面上根據(jù)解剖關(guān)系劃出軟骨關(guān)節(jié)面范圍后施加343N靜壓力，時(shí)間為1s，求解可以得出在壓力作用下跟骨模型的應(yīng)力云圖和各向形變。
根據(jù)設(shè)定條件，ANSYS提示跟骨之跟距關(guān)節(jié)面受壓力后跟骨內(nèi)部的應(yīng)力變化，關(guān)節(jié)面部分為桔黃色代表應(yīng)力較大，其中中中央部分為紅色代表應(yīng)力最大為7.17MPa，跟骨體部為綠色代表較大代表應(yīng)力較小。
形變分析圖示在跟距關(guān)節(jié)中央為紅色提示形變最大為0.342mm，向外周延伸形變逐漸減小。這與臨床跟骨骨折的常見(jiàn)表現(xiàn)類似。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)跟骨本身的材料屈服標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，跟骨就會(huì)發(fā)生不可逆的形變也就是骨折。
Mimics可以方便的個(gè)體化建立準(zhǔn)確有效的跟骨模型；
ANSYS可以在方便快捷準(zhǔn)確的分析跟骨跟距關(guān)節(jié)的的各種力學(xué)特性，比如靜力分析。比較復(fù)雜的比如接觸分析，在建立肌健軟骨的正常模型的基礎(chǔ)還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；
靜力分析表明跟距關(guān)節(jié)在正常靜壓力下，跟距關(guān)節(jié)的壓力峰值集中在跟距關(guān)節(jié)中心，形變也與壓力相應(yīng)分布在附近。這和臨床實(shí)踐所見(jiàn)是相符合的。
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