股骨颈有限元分析的赋材料属性方法探讨及有效性验证

背景:作者前期实验通过理论推导的方式,认为将骨骼材料属性分为10种即可达到有限元分析的要求,其结论是否与真实相符,有待于与体外力学实验结果进行对比验证。目的:对12侧股骨上段标本进行有限元分析,并与体外力学试验结果对比验证,以探讨骨骼合理的赋材料属性方法。方法:将12侧股骨上段标本进行高速CT薄层扫描,在Mimics中进行三维重建,在Ansys中进行体网格划分。有限元分析组在Mimics中根据灰度值将三维模型材料属性分为2种(密质骨及松质骨)、10,50,100,200,400种后赋予材料属性,在Ansys中进行力学分析并采集股骨颈表面节点力学数值。体外力学实验组将12侧股骨上段标本进行压缩实验,采集与有限元分析组相同的测试点力学数据。结果与结论:单因素方差分析显示,力学实验组与有限元分析2种材料属性组比较,差异无显著性意义(P=0.082);与有限元分析10,50,100,200,400种材料属性组比较,差异无显著性意义(P>0.39)。有限元分析各亚组中,2种材料属性组与其余各组比较,差异有显著性意义(P<0.05),10,50,100,200,400种材料属性组间比较,差异无显著性意义(P>0.9)。结果提示,赋予骨骼10种材料属性即可达到有限元分析的要求。