三维有限元分析在脊柱生物力学中应用研究

三维有限元分析方法作为脊柱生物力学研究方法之一,随着人们对脊柱力学特性的认识,有限元分析软件在国内外不断开发与应用,不但促进了有限元技术的发展,而且推动着脊柱生物力学研究更深入发展。作者从有限元法概念及原理、脊柱有限元模型构建、颈椎和腰椎三维有限元应用、内固定器械三维有限元分析等方面综述了近年来的一些研究进展。     

颈椎有限元模型的应用进展

有限元分析法（FEA）是一种在生物力学领域广泛应用的研究方法.近年来,颈椎有限元模型已被广泛应用于研究颈椎损伤、颈椎退变及模拟各种颈椎手术,已日趋完善.回顾了颈椎有限元模型的发展,介绍了颈椎有限元建模与分析在颈椎损伤、人工椎间盘置换、椎间植骨融合、颈椎退变及颈椎失稳等方面的应用进展,展望了未来的发展趋势.     

应用于头部损伤生物力学研究的三维有限元模型发展概况

在交通事故中,头部损伤因其高发率和高致命率成为最严重的损伤.为了研究头部损伤,出现了一系列诸如物理试验、动物试验及尸体试验等研究方法.近年来,随着计算生物力学的发展,人体头部的有限元模型逐渐成为研究头部损伤生物力学的重要工具,文中就头部有限元模型的发展过程及最新进展进行了较为全面的综述,并探讨了该领域未来需要研究的问题.     

鼓膜穿孔与鼓膜修补材料的有限元分析及临床研究进展

鼓膜穿孔是耳鼻咽喉科常见的疾病之一，造成鼓膜穿孔的原因主要有中耳炎及外伤等。 随着有限元分析方 法的快速发展，该方法被应用于鼓膜穿孔及修补材料的临床研究中。 通过建立中耳有限元模型，从生物力学角度 分析鼓膜穿孔及常用鼓膜修补材料的特点，并与临床应用结果相结合。 对近年来鼓膜穿孔及其修补材料的有限元 分析及临床研究进展进行总结。     

有限元方法在腰椎生物力学研究中的应用

有限元方法在脊柱生物力学研究中的应用已得到迅速的发展。本文重点综述了有限元方法在腰椎方面的文献,较全面地介绍了腰椎的有限元模型和有限元方法的应用概况。     

有限元分析法在腰椎生物力学研究中的应用

背景：有限元分析法是目前是脊柱生物力学常用研究方法之一,随着成像、图像处理的进步及有限元分析软件的不断开发与应用,脊柱生物力学研究得到了更深入的发展。 目的：综述有限元的概念、原理与其他生物力学研究方法的差别。 方法：应用计算机检索中国知网数据库、维普数据库和PubMed数据库中1979/2011-01关于腰椎生物力学有限元分析的文章,在标题和摘要中以“腰椎;有限元;生物力学”或“lumbar, finite element, biomechanics”为检索词进行检索。选择文章内容与腰椎有限元分析相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。共收集591篇文献,根据纳入标准选择20篇文献进行综述。 结果与结论：近几年有限元分析法在腰椎生理和病理情况生物力学分析中的应用;不同手术方式、内固定器械及人工植入物对腰椎生物力学的影响均有不同。      

脊柱腰段正常及骨质疏松三维有限元数字模型的建立

背景：建立逼真的有限元模型是对脊柱进行有限元力学分析的重要基础,关于骨质疏松有限元模型的报道尚少。 目的：建立脊柱腰段各主要结构及骨质疏松腰椎的有限元数字模型,为正常脊柱腰段及骨质疏松患者腰椎的有限元力学分析打下基础。 方法：对1名健康男性志愿者行脊柱腰段的螺旋CT扫描,将所得图像先在Mimics中进行分隔和重建,在Geomagic中进行优化,在Ansys中赋材质及网格划分,建立三维有限元数字模型。 结果与结论：建立了包括全部腰椎、椎间盘及主要韧带的正常腰椎及骨质疏松腰椎三维有限元数字模型。该模型外形逼真,几何相似性好,可以随意旋转,方便从多角度观察、采集三维信息,各主要结构材料属性接近实际,适合进行生物力学研究。提示利用CT数据及mimics、geomagic、Ansys软件可以建立脊柱腰段正常及骨质疏松有限元数字模型。     

女性盆底肛提肌的有限元分析

背景:有限元分析法在骨科生物力学研究领域中已得到广泛的应用,作为与传统实验生物力学互相验证和互为补充的方法,它发挥着其他方法不可替代的作用。目前有限元分析法对人体软组织(如肛提肌)的研究在国内外尚处于初级阶段,但其发展极其迅速。目的:针对女性盆底肛提肌的有限元分析研究进展作一综述。方法:由第一作者检索1990/2008 PubMed数据及中国期刊引文数据库中有关盆底功能障碍性疾病与盆底肛提肌有限元及生物力学分析与盆底重建等方面的文献。结果与结论:通过对女性盆底肛提肌有限元模型的建立及其分析不仅有助于了解盆底功能障碍性疾病的发生机制,而且还能帮助改进医疗器械设计及实施最佳外科手术计划。虽然现在对盆底软组织肌肉的有限元模型建立及分析尚处于初级阶段,但随着计算机硬件的飞速发展及各类有限元应用软件的持续改进,有限元法的应用将越加广泛。     

腕关节有限元模型的建立及应用进展

背景：目前国内外较成熟的三维有限元分析多集中于脊柱和髋关节的生物力学研究,对于手部的有限元分析较少。 目的：腕关节有限元模型的建立及力学研究的应用进展。 方法：由第一作者检索万方数据库和Pubmed数据库相关文献。中文检索词为“力学分析,有限元,腕关节”;英文检索词为“wrist joint,mechanical analysis,finite element”。检索时间范围：1970年1月至2010年12月。经查阅与腕关节有限元的建模方法、可靠性、影响因素等相关文献。最终纳入21篇文献进入结果分析。 结果与结论：手部是一个复合性的机械结构,应用有限元法进行生物力学分析要同时考虑到骨骼、关节面、韧带及肌腱的作用。目前的研究基本是在静态下对腕关节有限元模型进行力学加载,尚难以实现动态模拟、分析和给予腕关节完全真实的生理载荷条件。相信随着计算机技术和有限元理论的不断发展,人们可以模拟各种现实的临床状况,建立有针对性的有限元模型,为研究复杂的手部功能、疾病、治疗及日常生活所需提供更有力的帮助。     

基于UG6.0NX NASTRAN人工仿生膝关节应力分析

本文主要介绍了有限元分析方法在生物力学中的应用的基本原理,重点介绍了各种有限元分析软件的基本原理及各自的特点,介绍了UGNX6.0NASTRAN分析人工膝关节的应力分析的基本过程:类型的选择、材料定义、常数的设定、有限元网格的划分、有限元结果的分析。对所设计的个性化人工膝关节进行了有限元具体分析和评价,验证了其几何设计结构的合理性。     

有限元分析在脊柱生物力学领域的应用

介绍了近年来有限元方法应用于脊柱生物力学分析的研究新进展,并讨论了其在临床工作中的实际意义,提出了建立有限元模型的一些思路,有限元分析作为一个理论性方法,必须与临床实践相结合才能真实,可靠地解释疾病的发生,发展经过,并为疗效预测提供参考。     

构建上颌第一磨牙及牙周支持组织的有限元模型

背景：有研究表明有限元方法可较好的模拟结构复杂、形状不规则物体的生物力学分析,其中有限元模型的相似性对研究结果具有重要影响,但理想模型的建立却是有限元研究中最耗时且最复杂的内容。 目的：建立上颌第一磨牙及牙周支持组织有限元模型,为上颌第一磨牙进行生物力学研究提供基础。 方法：选取一位上下颌牙列完整、牙周组织健康的志愿者。拍摄锥形束CT,图像保存为DICOM格式。将图像导入医学建模软件Mimics中,建立上颌第一磨牙及牙槽骨平面模型;再将该模型导入有限元前后处理软件GiD中进行处理,建立出完整的上颌第一磨牙及牙周支持组织三维有限元模型。 结果与结论：建立包括双侧上颌第一磨牙及其牙周膜和上颌牙槽骨有限元模型,共896 035个节点,4 881 067个单元。此模型还原了受试者上颌第一磨牙及其牙周支持组织的几何外形和解剖结构。结果显示,实验成功构建了上颌第一磨牙及牙周支持组织有限元模型,可以作为各种临床正畸力作用下对上颌第一磨牙及其牙周支持组织生物力学分析研究的基础。     

人体左心室三维有限元模型构建及流-固耦合动力学分析

有限元分析是研究心血管动力学问题的重要手段。本文基于中国数字人体心脏断层解剖图像,采用Visu-al C++可视化工具包对心脏外形及内腔结构进行三维重建,进一步基于结构模型构建了左心室、血液耦合有限元模型。在通用有限元分析软件ANSYS环境下使用双向流-固耦合方法对心脏灌注期心室壁受力与血液流动过程进行了动力学仿真。仿真结果成功实现了对心脏灌注期心室两阶段充盈过程中室壁应力与血液流体动态特性的定量分析。本研究提供了一种基于二维医学图像信息构建心室有限元模型,并进行心室血液流体力学模拟的新方法,为心脏生理及病理过程的定量有限元分析提供了一套可行的技术方案。     

应用有限元检测植入器械的可行性分析

传统的植入器械机械性能检测,主要通过力学试验装置完成;而这种方式抽样时对系列产品缺少针对性,在实际测试中耗时耗力。随着有限元计算分析技术的日益完善和成熟,将有限元方法引入质量监督检测,将成为一种节约资源、缩短时间、并能提高针对性的科学手段。本文通过实际检测案例及试验,证实了有限元分析在系列产品中最危险样本选择、已上市产品失效原因分析及辅助优化疲劳试验中的可信性,说明了在植入器械检测中建立有限元分析检测能力的可行性;同时为保证有限元方法在植入器械检测中应用的准确性和可靠性,提出了建立有限元法相关标准的要点。     

颈椎生物力学有限元法研究进展

有限元方法于40年代创立,随后广泛用于工程技术的各领域,自1972年Breke Imam等[1]首次将其引人生物力学领域以来的短短30年时间里,有限元分析法已取得了长足的发展.     

正常人高分辨率CT中耳三维有限元建模方法

目的探索根据正常人颞骨高分辨率CT二维图像建立中耳三维有限元实体模型的方法。方法获得无中耳传音结构病变志愿者高分辨颞骨CT资料,使用Photoshop、Amira、HyperMesh及Abaqus软件根据二维CT图像建立中耳三维有限元实体模型。结果建立了包含鼓膜、听骨链的中耳三维有限元实体模型,模型几何尺寸在正常解剖数据范围内。结论探索出一种基于正常人颞骨高分辨率CT二维图像的中耳三维有限元实体建模方法,具有快捷、方便、廉价、无创性的优点,为进一步进行中耳声音传导机制有限元分析奠定了基础。     

基于MRI的全膝有限元模型建立与前交叉韧带重建术模拟方案

目的建立完整的人体膝关节三维有限元模型,并在此基础上建立了用于前交叉韧带重建模拟的胫股骨隧道和人工韧带模型,为进一步分析打下基础。方法以MRI图像作为数据源,运用逆向工程软件Geomagic及有限元分析软件ANSYS9.0,参考大量有关实验测试数据的文献报道,建立所需三维有限元模型。结果建立的膝关节三维有限元模型包括胫腓骨上段、股骨下段、胫股骨软骨层、胫股骨隧道、内外侧半月板、后交叉韧带、内外侧副韧带和髌韧带,几何形状良好。胫腓骨隧道和人工韧带的模拟巧妙简便,基本可以满足有限元分析的需要。结论采用MRI图像建立膝关节三维有限元模型切实可靠,能很好地模拟膝关节内部的真实解剖结构及前交叉韧带重建术中的胫股骨隧道。     

利用CT扫描及CAD技术建立腰椎活动节段的有限元模型

目的 :探讨腰椎活动节段有限元模型的建立。方法 :选取一正常自愿者L4～L5节段为研究对象 ,通过CT扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计建立了腰椎活动节段的有限元模型 ,通过Super SAP有限元分析软件包对模型进行了应力分析。结果 :建立了L4～L5活动节段的有限元模型 ,并分析了生理载荷下腰椎活动节段不同组成部分的应力分布。结论 :为腰椎活动节段有限元模型的建立提供了一种简便、准确的方法 ,为分析和研究该模型在各种情况下的生物力学表现创造了条件     

膝关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景:近年来,采用有限元分析法进行膝关节生物力学分析在国外发展迅速,但在国内,关于膝关节的三维有限元分析较少,且建模简单,相对粗糙,目前尚未有文献报道包括半月板、关节软骨及全部韧带等在内的完整膝关节的精细三维有限元模型。目的:建立完整的膝关节三维有限元模型。方法:获取正常膝关节SCT扫描图像数据,使用Mimics、3ds Max、ANSYS等软件建立膝关节三维有限元模型并进行初步的生物力学分析,以验证模型的有效性。结果与结论:建立的膝关节三维有限元模型具有良好的生物形态,外形与实体标本一致性高。进行生物力学分析结果显示前交叉韧带承受前向载荷最大;轴向负荷中,内侧间室负荷较外侧间室大;胫腓骨前向移动4.9mm。实验初步表明采用CT扫描资料建立三维有限元模型切实可行,特别适用于骨科领域三维有限元模型的建立。     

有限元分析运用于股骨头坏死诊断与治疗应用的最新进展（英文）

背景:目前有限元分析技术已可以完成建模,预测诊断,治疗的设计,以及手术方案等功能,并应用于股骨头坏死领域。目的:总结和汇总有限元分析对在股骨头坏死生物力学领域的最新临床与实验研究进展。方法:由第一作者通过计算机检索Pub Med,Google,SpringerL ink,CNKI等数据库在2010年1月至2015年12月的已发表文献。检索式为(finite element analysis OR finite elment)AND(osteonecrosis OR osteonecrosis offemoral head)或(有限元分析OR有限元)AND(骨坏死OR股骨头坏死)。纳入原始文献内容与文章主旨紧密相关,原始文献有可靠依据与主题,原始文献观点及数据分析充分,活体与离体研究。结果与结论:共纳入27篇。文章综述近5年来有关股骨头坏死中有限元分析应用文献,总结发现目前最新的有关运用有限元进行股骨头坏死建模可行性分析、特征病理的预测和诊断、手术治疗的创新技术辅助等发展水平,从而明确有限元分析在股骨头坏死的诊断和治疗未来发展方向。