仿生种植牙三维有限元模型的建立

目的：建立成人上颌中切牙的仿生种植三维有限元模型,探讨仿生种植牙的生物力学特性.方法：以成人上颌中切牙为标本,通过螺旋CT扫描和计算机图像处理技术,获取中切牙各截面的轮廓坐标数据,再通过CAD技术进行单元网格的自动划分,形成SuperSAP模型数据文件,输入到SuperSAP93有限元专用分析软件后建模.结果：建立了有效的仿生种植牙三维有限元模型.结论：模型的几何相似性、生物力学相似性均佳,可用于仿生种植牙的生物力学研究.     

下腰椎的三维有限元分析

目的 为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型. 方法 选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布. 结果 建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114 953.模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05). 结论 建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究.     

3DSS结合逆向工程技术建立上颌第一磨牙非线性三维有限元模型

目的:建立上颌第一磨牙及其牙周支持组织非线性三维有限元模型.方法:运用3DSS对上颌第一磨牙标准模型进行扫描;运用逆向工程软件ceomagic Studio 8生成三维实体模型;有限元软件ANSYS10.0中生成三维有限元模型.结果:建立了包含上颌第一磨牙、牙周膜、硬骨板、松质骨及密质骨的非线性三维有限元模型,共96 875个10节点四面体单元,132 838个节点.结论:建立的三维有限元模型有很高的几何相似性,并且结构完整,网格质量较好,为进一步的生物力学研究奠定了基础.     

下腰椎的三维有限元分析

目的为研究下腰椎活动提供三维有限元力学模型。方法选取成年男性的下腰椎典型CT影像,建立几何模型后利用有限元划分和分析软件建立有限元模型,设定边界条件并加载负荷,记录下腰椎在前屈、后伸、侧屈和轴向旋转等不同工况下的运动范围和应力分布。结果建立的下腰椎三维有限元模型中4面体单元总数为114953。模型在各工况下的运动范围与体外生物力学试验所测定的结果比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论建立的下腰椎三维有限元模型能够模拟下腰椎的生理活动,可用于进一步的研究。     

种植义齿部件有限元建模与试验研究

目的:建立与种植义齿部件实体具有几何和力学相似性的三维有限元模型。方法:用CaMega光学扫描,建立种植体、基台三维CAD模型,导入ANSYS软件,进行单元划分建立有限元模型,并根据载荷-变形实验数据,调整有限元模型参数。结果:建立的种植义齿三维有限元模型,经试验验证,与义齿实体具有几何和力学相似性。结论:采用光学三维扫描,修正有限元模型参数,建立的种植义齿部件有限元模型,能反映其实体的几何形状和力学特性。该研究是种植义齿有限元分析的基础。     

骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入三维有限元生物力学模型的建立

目的基于CT建立三维有限元模型,研究骨皮质切开对上颌磨牙组牙压入移动生物力学效应的影响。方法以高精度CT扫描获得牙齿、颌骨二维断层图像,运用Mimics软件进行三维重建,在ANSYS软件中建立生物力学模型,并采用临床工况对其进行检验。结果建立了高仿真骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入的三维有限元模型;在压应力作用下,上颌磨牙出现初始压入移动,根分叉及根尖区出现压应力集中区。结论本研究所建立的骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入的三维有限元模型具有高度几何相似性和力学相似性,可用于上颌磨牙组牙压入的生物力学研究。     

眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型的建立

目的利用螺旋CT建立眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型,为眶部种植生物力学研究提供模型支持。方法利用64排螺旋CT扫描正常成人颅颌骨,数据导入SolidWorks和ANSYS Workbench建模软件,形成眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。结果建立的三维有限元模型具有良好的几何相似性和力学相似性,可满足模拟加载的需要。结论采用CT扫描数据和SolidWorks、ANSYS Workbench等软件,可以建立切实可行的眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。     

正常步态下距骨三维有限元模型的建立及应力分析

目的 建立一个具有高度几何相似性的足踝部三维有限元模型,并用此模型静态地分析人体不同步态相时距骨的生物力学特性,量化距骨的应力-应变状况.方法 基于志愿者足的三维CT扫描数据,利用Mimics13.0、Geomagic10.0软件对足踝相关组织进行几何重建,导入Hypermesh10.0软件中进行网格划分,赋予材料属性,最后导入Abaqus6.9中,模拟人体正常步态过程中3个位相(落地相、中立相、离地相)时的受力状况,进行有限元分析.结果 建立距骨及周围结构的三维有限元模型,共21865个节点、73440个单元,具有较好的几何相似性.正常步态中从落地相到离地相中等效应力峰值在距骨滑车分别为3.0 Mpa、4.3 Mpa、4.8 Mpa;在距骨颈分别为1.3 Mpa、1.9 Mpa、2.8 Mpa;在距舟关节分别为2.8 Mpa、3.0 Mpa、3.4 Mpa;在距下关节分别为2.2 Mpa、1.8 Mpa、1.5 Mpa.结论 本研究中创建的三维有限元模型,经验证是一个正确可靠的模型,可以帮助临床医生和其他研究人员更好的理解正常步态下距骨的许多生物力学特性.     

后牙残根核桩冠的三维有限元模型建立

目的:建立上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型,以便对后牙残根核桩冠修复后的应力学进行研究.方法:采用CT扫描,Mimics软件和Abaqus软件的CAD进行三维有限元模型的创建.结果:建立了上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型.结论:建立的后牙残根三维有限元模型具有高度的几何相似性和力学性能相似性,可以用来进行后牙残根核桩冠修复后的力学研究.     

上颌前牙及直丝弓矫治器三维有限元模型的建立

目的 建立上颌前牙段的三维有限模型,为分析上前牙正畸治疗的生物力学提供一个平台.方法 将解剖形态人工牙按OPA-K技术排齐后进行螺旋CT扫描,采用Getdata软件获取牙颌组织轮廓关键点的坐标,在ANSYS中编程依次形成曲线、曲面和实体模型并整合在一起,建立托槽及唇弓的模型.结果 建立包括直丝矫治器、6个上前牙及其牙周膜和前颌骨的三维有限元模型,共186 322个节点,130 616个Solid 95单元和98个Beam 4单元.该模型符合上颌牙槽骨的解剖形态,较为逼真.结论 建立的模型具有良好的几何相似性和生物力学相似性,可以进一步研究6个上前牙正畸治疗的力学机制.     

口腔种植研究——上颌前牙平台转换种植体周围应力分布的有限元分析

目的建立种植体支持的上颌中切牙模型,分析平台转换基台连接方式对种植体周围组织应力分布的影响,为临床应用平台转换基台提供参考。方法利用Solidworks画图软件建立种植体支持的上颌中切牙模型,基台采用传统平齐对接（Normal Model,N）和平台转换（Platform switching Model,PLS）设计,将数据导入ANSYS11．0分析软件建立三维有限元模型进行应力分布分析。垂直舌侧牙面进行加载,载荷为118N,比较两种模型种植体周围各部位的应力分布情况。结果两种模型皮质骨最大应力值均位于种植体颈部颊侧骨皮质,N和PLS最大VonMises应力值分别是50．08Mpa、37．34Mpa．两种不同设计钛基台周围的应力值分别是133．05Mpa、284．15Mpa。结论与平齐对接形式相比,平台转换设计可减少种植体颈部皮质骨组织的应力,但同时使基台肩台、种植体颈部、牙冠颈部所受应力增加,两种模型松质骨应力大小相似。     

机械密封O形橡胶密封圈力学行为的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了机械密封O形橡胶密封圈轴对称计算模型,分析计算了在两种不同的安装方式下的变形、Von Mises应力分布及其与轴套接触的接触应力和摩擦力,研究了O形密封圈的预紧压缩率、介质压力和凹槽宽度对密封性能的影响。研究表明：O形密封圈的变形、Von Mises应力、主接触面接触应力及其与轴套的摩擦力均随介质压力和截面压缩率的增大而增大,并随着凹槽宽度的减小而增大;凹槽宽度的设计不能过小,两种不同的安装方式下选用O形密封圈的压缩量应有所不同。     

采用有限元方法建立和分析枢椎的生物力学行为

目的采取有限元的方法,建立第二颈椎(枢椎)的三维有限元模型,模拟该枢椎模型在外力作用下的生物力学行为,分析枢椎骨折的生物力学条件。方法利用螺旋CT扫描获得健康成年男性上颈椎原始DICOM数据图像,采用Mimics软件对数据进行处理并导入ANSYS软件,得到枢椎骨性结构的三维实体模型。并且此模型上模拟头颅位于中立位、屈曲位及后伸位等条件下,枢椎承受的应力分布状况,分析枢椎可能出现的骨折类型。结果实验所构建枢椎骨性的有限元模型外形逼真,三维网格化后枢椎模型共包含1 717个节点,5 772个单元。模拟结果:头颅在中立、前屈、后伸位时枢椎最大应力集中于齿突基底部,次级应力集中区域为枢椎椎弓峡部;直接于齿突加载力模拟头部过度屈曲时,最大应力集中于齿突基底部。结论头颅位于中立位,屈曲位或者后伸位,枢椎齿突基底部及枢椎椎弓峡部是应力最集中的部位。头部过度屈曲时,齿突基底部是应力最集中的部位。     

人下颌骨撞击伤三维有限元模拟及生物力学分析

目的：利用有限元模拟技术对人下颌骨撞击伤进行仿真,对模拟结果进行生物力学分析,探讨下颌骨撞击伤的致伤机制。方法采用中国可视化数字人数据,建立人下颌骨撞击伤三维有限元模型,动态模拟不同致伤条件下人下颌骨撞击动态损伤过程,采用 Von Mises 应力及有效应变进行生物力学分析。结果建立人下颌骨撞击伤三维有限元模型并成功模拟人下颌骨撞击伤动态损伤过程及骨折,髁状突及下颌角是应力、应变集中及骨折的好发部位。结论 Von Mises 应力及有效应变可作为预测和判定骨组织损伤的生物力学指标之一,利用有限元法可以有效模拟下颌骨动态撞击过程,模拟结果可为颌面部撞击伤基础研究及临床救治提供指导和数据参考。     

新型外固定支架系统-胫骨骨折模型的建立与三维有限元分析

目的建立新型外固定支架系统在胫骨骨折模型上的有限元模型,分析评价有限元模型建立的可行性及力学分布特点,为进一步的材料结构优化及临床应用提供理论支持。方法利用Mimics17.0 软件将新鲜尸体的胫骨CT 数据导入并建立胫骨模型,用Hypermesh 对模型进行网格划分并导入有限元分析软件ABAQUS6.13,施加轴向载荷后观察Von-Mises 应力分布和骨折断端位移情况,通过与生物力学结果对比评价其生物力学特点。结果成功创建了装配体有限元模型,生成548 101 个体单元,节点548 101 个。最大轴向载荷下骨折断端最大位移为1.16 mm,最大Von mises 应力分布点为骨针接触面。结论有限元模型的建立及分析方法能较好地反映该新型外固定支架胫骨骨折系统的生物力学分布情况,可为进一步临床应用提供理论基础。     

摇椅弓角度和弧形深度对牙根和牙周组织应力分布的影响

目的：通过三维有限元法分析摇椅弓角度和弧形深度的变化对前后牙根和牙周组织VonMises综合应力分布的影响．方法：采用ANSYS有限元软件建立下颌牙列、牙周支持组织以及不同角度、不同弧形深度的0．018×0．025英寸不锈钢下颌标准弓形摇椅弓的三维有限元模型,将摇椅弓变形前后的位移差作为荷载施加于有限元模型,通过多次迭代使其满足变形协调条件,计算出牙根和牙周组织的应力分布状况．结果：在摇椅弓作用下牙根受到的综合应力最大（0．18—10．03kPa）,牙槽骨次之（0．05—1．13kPa）,牙周膜最小（0．01～0．10kPa）,且综合应力随着摇椅弓角度和弧形深度的增加而增加,综合应力集中分布于牙根、牙槽骨和牙周膜的颈部和根尖部．结论：摇椅弓角度和弧形深度的变化对牙周组织应力产生显著影响．     

椎体后凸成形术后骨水泥椎间盘渗漏对邻近节段力学影响的有限元分析

目的 探索椎体后凸成形术(PKP)术后骨水泥椎间盘渗漏对相邻椎体的力学影响,探讨相邻椎体继发骨折的病因.方法 利用MIMICS软件用有限元方法对1例T12压缩骨折PKP术后出现椎间盘骨水泥渗漏的患者手术前后CT图片进行预处理,后导入ABAQUS软件中建立T10-L2的三维有限元模型,设置0.3、1.0、4.0 Mpa 3种轴向载荷进行生物力学分析,观察不同载荷下模型整体及各部分的Von Mises应力,重点评价骨水泥椎间盘渗漏对骨折相邻椎体的力学影响.结果 成功建立了PKP术后骨水泥椎间盘渗漏的手术前后三维有限元模型,当轴向压力以0.3、1.0、4.0 MPa增加后,椎间盘、软骨终板和椎体整体的应力也成比例增加.PKP术后脊柱胸腰段各部位的应力开始重新分布,增强椎体(T12)的上、下终板应力增强区域范围增加;相邻椎间盘(T11-12、T12-L1)及相邻终板(T11下终板、L1上终板)的应力增强区域增加;T12相邻椎体(T11、L1)所受最大应力显著增加,但是远端椎体(T10、L2)的最大应力明显减少.结论 PKP术后骨水泥椎间盘渗漏引起上下相邻椎体继发骨折的并发症可能和生物力学行为的改变密切相关.

Abstract：

Objective To explore the biomechanical effects on adjacent vertebra of thoracolumbar osteoporotic vertebral compression fracture (OVCF) after percutaneous kyphoplasty (PKP) with cement leakage into the disc by using finite element analysis. Methods T10-L2 segment data were obtained from computed tomography (CT) scans of an elder female with single T12 OVCF undergoing a cement leakage into the T1 2-L1 disc after PKP. A three-dimensional finite element Model of thoracolumbar spine (T10-L2)was built in the Mimics and the ABAQUS software. The stress on annulus fiber, nucleus pulposus, endplate and facet joints under axial pressure (0. 3, 1.0, 4. 0 MPa) were analyzed. Results The 3D finite element after percutancous kyphoplasty (PKP) with cement leakage into the disc may be strongly related with the changes of biomechanical effects on adjacent vertebras of thoracolumbar OVCF. Models of thoracolumbar OVCF before and after PVP with a cement leakage into the T12-L1 disc were successfully established. The stresses increased with a rising axial pressure in the model of cement leakage into the disc after PVP, the stress augmentation scope on adjacent end plates ( T11 low plate & L1 top plate) and intervertebral disc (T11-12 & T12-L1 ) increased. The maximal Von Mises stress on adjacent vertebras (T11 & L1 ) increased while but the maximal Von Mises stress on end vertebras (T10 & L2) decreased. Conclusion Postoperative adjacent vertebral fracture.     

尖顶距对股骨粗隆间骨折动力髋螺钉内固定稳定性的相关有限元分析

目的 以有限元分析比较相同生理载荷下,股骨粗隆间骨折动力髋螺钉（DHS）内固定不同安放位置的尖顶距对骨折稳定性的影响,供临床参考.方法 计算健康老年志愿者DHS内固定三维有限元模型的尖顶距在22～34 mm范围内的力学特征,综合评价髋螺钉不同安放位置的固定效果.结果 随着DHS尖顶距的不断减小,股骨的Von-Mises应力、位移逐渐减小.尖顶距为（22 ～28） mm组应力、位移最小.结论 髋螺钉尖顶距在22 ～34 mm范围内越小,DHS内固定对骨折的稳定性越好.     

基于DICOM数据建立人体颈部有限元模型

目的建立人体颈部有限元模型,用于生物力学研究。方法对标准成年男性进行多层螺旋CT扫描,应用DICOM数据和Mimics软件进行三维重建,在TrueGrid里完成网格划分,结合有限元分析软件ANSYS构建完整颈部模型并在LS-DYNA下进行动力学检验计算。结果该模型参照人体解剖结构模拟了颈椎、椎间盘、韧带和肌肉等组织,共由14758个单元构成,仿真结果与国外实验数据对比基本相符。结论此方法建立的颈部有限元模型能较好地模拟生物力学实验,可用于今后动力学响应分析。     

Micro-CT技术结合逆向工程软件建立上颌第一前磨牙的三维有限元模型

目的利用简便有效的方法建立离体上颌第一前磨牙三维有限元模型,为生物力学研究提供数学模型基础。方法使用Micro-CT对离体、完整的左侧上颌第一前磨牙进行牙体扫描,将获得的CT影像转化格式,通过Mimics10.0软件采集釉质、本质及髓腔的点数据,导入Imageware 12.0软件中进行点云处理和曲线反求,通过Ansys 11.0软件完成曲面拟合形成牙体组织的三维实体模型并进行布尔运算,整合釉质、牙本质及髓腔系统;建立牙周膜以及牙槽骨的实体模型,分别进行网格划分,同时对模型进行力学加载。结果建立了包含髓腔、牙周膜、牙槽骨的上颌第一前磨牙的精细三维有限元模型,网格划分后的牙体三维有限元模型:釉质具有26 685个单元,牙本质具有114 082个单元,牙髓腔具有11 843个单元,牙周膜具有22 004个单元,牙槽骨具有66 767个单元,共有241 381个10节点四面体单元。模型具有非常高的精确度,真实反映了釉牙骨质界的形态。从应力分布来看釉质上应力主要集中在面中央窝和釉质与本质交界的边缘;同样牙本质的应力集中部分也在釉牙本质界处。结论通过Micro-CT技术与逆向工程软件相结合的方法建立了左侧上颌第一前磨牙的三维有限元模型,该模型具有良好的几何相似性和力学相似性。