跟骨是人體中最大的附骨，對行走及負重有重要的作用。跟骨形態復雜，呈不規則長方體，上面有三個關節面，分別為跟距前、中、后關節，跟骨后關節面最長，長軸呈凸弧形斜向前下方，組成跟距關節的大部分。以后關節面為界分為三部分，后關節面以前為前部，以后為后部，前窄后寬。在負重情況下，足的距骨、跟骨必須正確排列，有足夠的力量和高度來承受負荷跟骨骨折是臨床常見骨折。跟骨骨折由于本身復雜的解剖特點復雜，現有方法對跟骨尤其是跟距關節面的生物力學分析有一定的難度。本研究旨在通過Mimics建立高度仿真的跟骨模型，并且導入ANSYS中進行靜壓力有限元分析，對跟距關節面的應力分布做簡要分析。并通過此方法的建立，為研究跟骨骨折的生物力學研究建立初步方法。
      被測試對象：健康男性1名，身高170cm，體重60kg，年齡30歲。采用某市中心醫院西門子螺旋CT對其進行足部掃描。
      用Simens多排螺旋CT對受試者的足部進行掃描，受試者呈仰臥位，從脛骨中段至足底進行連續螺旋掃描，將影像輸入到Mimics軟件(Materialise公司，比利時)。
      CT斷層掃描圖片以dicm格式導出，以Mimics軟件(比利時)導入，形成三維圖像，并且通過對感興趣的部位(本研究為跟骨)單獨形成三維圖像，再導出為lis格式，并且做smooth和mesh處理。然后將此文件導入ANSYS，并以此面模型建立體模型。在跟距關節面上根據解剖關系劃出軟骨關節面范圍，設定跟骨的四面關鍵點為不可位移的關鍵點，再在軟骨面上施加正常成人體重的1/2約343N，得出應力云圖及各個方向的形變。
      Mimics軟件可以順利的將整個足的CT斷層掃描數據轉化為3D模型，然后選取研究感興趣的部分如跟骨單獨成像。比傳統CT圖像勝在更直觀，并去除了解剖結構的限制，可以從任意角度觀察跟臨床感興趣的部位。將跟骨單獨形成三維圖像后再導出為lis格式，并且做smooth和mesh處理，然后將此文件導入ANSYS可以建立能夠進行有限元分析的網絡模型。
      設定跟骨的力學特性密度泊松值和楊氏模量。選定跟骨底部四個點為約束點，跟距關節面上根據解剖關系劃出軟骨關節面范圍后施加343N靜壓力，時間為1s，求解可以得出在壓力作用下跟骨模型的應力云圖和各向形變。
      根據設定條件，ANSYS提示跟骨之跟距關節面受壓力后跟骨內部的應力變化，關節面部分為桔黃色代表應力較大，其中中中央部分為紅色代表應力最大為7.17MPa，跟骨體部為綠色代表較大代表應力較小。
      形變分析圖示在跟距關節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表現類似。當應力超過跟骨本身的材料屈服標準時，跟骨就會發生不可逆的形變也就是骨折。
      Mimics可以方便的個體化建立準確有效的跟骨模型；
      ANSYS可以在方便快捷準確的分析跟骨跟距關節的的各種力學特性，比如靜力分析。比較復雜的比如接觸分析，在建立肌健軟骨的正常模型的基礎還可以進行運動分析；
      靜力分析表明跟距關節在正常靜壓力下，跟距關節的壓力峰值集中在跟距關節中心，形變也與壓力相應分布在附近。這和臨床實踐所見是相符合的。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司m.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！