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基于临床CT数字体相关和有限元分析的股骨内部变形场研究

作者: 王家宁1符绩智1冯文天1宋霏1杨海胜1* 
单位:北京工业大学环境与生命学部(北京100124)
关键词: CT图像;有限元分析;数字体相关;骨质疏松;股骨骨折 
分类号:
出版年·卷·期(页码):2024·0·1(9-14)
摘要:

目的  验证基于临床CT的数字体相关(digital volume correlation,DVC)方法在测量股骨内部变形场时的准确性,并通过DVC进一步测量股骨在跌倒情况下的内部变形,验证基于临床CT的有限元分析方法(finite element analysis,FEA)在计算股骨内部变形场的准确性。  方法  利用猪股骨,模拟侧向跌倒姿态,进行分步力学加载实验,同步进行多次CT成像。通过重复扫描和虚拟位移验证DVC方法的准确性。DVC以子体积作为配准两组图像的研究对象,分别设置8、12、16和20 mm的子体积进行测试。量化误差指标包括位移系统误差-平均值(mean)、位移随机误差-标准差(standard deviation, SD)、应变准确度-平均绝对误差(mean absolute error, MAER)和应变精确度-标准差误差(standard deviation of the error, SDER)。基于CT图像建立股骨有限元模型,模拟实验条件,计算股骨内部位移,与DVC测量的内部变形场对比验证。  结果  基于临床CT的DVC方法重复扫描位移偏差小于0.013 mm, MAER和SDER均小于200 με;虚拟位移偏差小于0.098 mm,MAER为1093~1687 με,SDER为604~1267 με,远小于骨组织屈服应变。FEA计算的和DVC测量的位移之间具有较强的相关性(R2 ≥ 0.76,P < 0.05)。  结论  基于临床CT的DVC方法可以准确测量股骨内部变形场,并且基于临床CT的有限元模型可以准确计算股骨内部变形场。

参考文献:

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