人类距骨形状和骨密度分布的统计分析

摘要 距骨的形状、内部结构及其机械特性在加载过程中决定了距骨的行为，这对外科工具和植入物的设计可能具有重要意义。尽管近期利用统计形状建模描述了定量的距骨外部形状变化，但目前尚无类似的定量研究来描述内部距骨结构的密度分布。本研究的目的是量化距骨形状和密度的统计变异，以有利于距骨植入物的设计。为此，收集了在中立、双侧站立姿势下的负重计算机断层扫描（CT）影像，并为每个距骨生成三维模型。从每个CT体素的Hounsfield单位中提取局部密度。进行了加权球谐分析以量化距骨的外部形状。将一百七十九个感兴趣体积放置在每个距骨中的相同相对位置，以量化距骨密度。此外，对具有异质和均质材料特性的距骨进行了有限元分析（FEA），以观察这些特性对应力和应变响应的影响。在性别和年龄方面发现了距骨密度的显著差异，以及均质和异质FEA之间的应力和应变响应的差异。这些差异表明在研究跗骨在负载响应时考虑异质性的重要性。