一 、設備及軟件

1.1 計算機工作站

（1）全身X射線計算機斷層掃描系統（CT，LightSpeed VCT 64排）

（2）計算機：基本配置：AMD3700X，內存32G，1T固態硬盤，操作系統 Windows10

 

1.2 生物力學處理軟件

（1）Mimics 21.0三維重建軟件（比利時Materialise公司）

（2）GeomagicWrap2017逆向工程處理軟件(美國 Raindrop公司 )

（3）Solidworks2017CAD軟件（法國Dassault Systemes公司）

（4）ANSYS 17.0有限元分析軟件（美國ANSYS公司）

 

二、模型：

骨頭模型準備：

分別建立肱骨、尺骨、橈骨模型。將基于CT數據的肱骨、尺骨和橈骨模型與基于CT數據的肱骨軟骨、尺骨軟骨和橈骨軟骨模型進行配準，最終建立所需肱骨軟骨、尺骨軟骨和橈骨軟骨模型。

有穩定器的肘關節模型準備：

在SolidWorks軟件里進一步處理肘關節模型，調整好肘關節和肘關節穩定器的準確的位置，進行裝配固定。

 

 

三、分析過程：

設置條件：設定皮質骨、韌帶及軟骨的楊氏模量分別為17 000，48，15 MPa，泊松比分別為0.3，0.3，0.46 μ。采用四面體單元(Solid185)，分別進行有限元網格劃分，以桿單元建立肘關節內側副韌帶和外側副韌帶模型。

 

為了方便數據分析，以無穩定器的肘關節與有穩定器(一種內植入式解剖型肘關節穩定器)的肘關節為研究對象，模擬肘關節錯位時（由損傷或松解手術導致的肘關節不穩定）固定與否的不同工況，對每種工況分別施加載荷條件進行肘關節穩定性分析。

 

加載應力及分析邊界條件 ：將肱骨、尺骨、橈骨、肱骨軟骨、尺骨軟骨和橈骨軟骨的四面體有限元網格模型文件及肘關節內側副韌帶和外側副韌帶模型文件導入Ansys軟件(Version

17.0，Ansys，美國)，賦予邊界條件并加載。將肱骨、尺骨、橈骨、肱骨軟骨、尺骨軟骨和橈骨軟骨均假設為連續、均質及各向同性的線彈性材料。將尺骨和橈骨的遠端進行三向平移和三向旋轉約束。

 

加載應力 ：實驗采用的加載應力方式為沿肱骨縱軸軸向加壓，力的作用點位于整個肘關節模型的形狀中心。加載應力的大小設定為100 N，這近似于提拉質量10 kg物體的受力狀態。實驗中忽略了肘關節肌肉韌帶力，關節軟骨等介質的摩擦力及動力沖擊等，分析模型關節面各部分的應力分布情況和位移情況。

 

分析方法 ：通過給予肱骨縱軸軸向作用力后，分析不同固定方式的肘關節模型的穩定性。

主要觀察指標 應力加載后不同肘關節模型尺骨關節面的接觸應力及位移分布變化。

 

四、分析結果

關節面接觸應力分析 沿肱骨縱軸軸向加壓，加載應力的大小設定為100 N，對加載后的模型進行應力分析，得到各模型的應力分布情況。

 

關節面接觸位移變化 在肘關節模型、帶穩定器的肘關節模型，內側副韌帶模型上分別施加100 N的應力，得到有限元模型關節面的位移變化云圖。