人下颌骨颏部正中位置枪弹伤的有限元动态模拟及分析

目的采用有限元方法建立颌面部枪弹伤模型,并对人下颌骨颏部正中位置枪弹伤的致伤过程及损伤程度进行动态模拟和分析,探讨建立人下颌骨枪弹伤模型的新方法。方法在以往动物实验建模方法及内置参数的基础上,利用数字化人下颌骨的CT扫描数据建立人下颌骨的三维有限元模型;动态模拟不同投射条件下下颌骨颏部正中位置枪弹伤的发生过程;计算不同投射物以不同初速度及不同角度入射后的终末速度及其穿出下颌骨后的能量损耗数值及能量损耗率;并对所得数据进行比较分析。结果成功模拟了2种投射物以3种初速度及3种入射角度击伤人下颌骨颏部正中位置的动态过程及下颌骨受损伤后各部位的应力分布情况。对模拟数据进行计算后分析发现,致伤条件不同,下颌骨受损伤的严重程度及投射物的致伤效率也不同。结论运用有限元的方法可动态模拟人下颌骨颏部正中位置枪弹伤的致伤过程,并对相关数据进行比较分析,以研究不同致伤条件下下颌骨受损伤的严重程度及投射物的致伤效率。     

颌面部包括咀嚼系统的数字解剖学有限元建模初步研究

目的初步探究基于解剖学和影像学对颌面部包括完整咀嚼系统的数字解剖学三维有限元建模的可行性,为进一步模拟颌面部生物力学做准备。方法采集第2代中国数字化人体"男性第23号"头颅CT图像、咀嚼肌MRI图像及双侧颞下颌关节盘MRI图像,以DICOM格式导入Mimics软件进行三维重建,再通过Geomagic Stadio软件配准模型、优化模型并构建数字化颌面部结构,最后将单个前牙的牙体牙周精细模型导入ANSYS进行有限元分析,检验模型的实用性。结果建立了一个包含全牙列牙髓、牙本质、牙骨质、牙釉质、牙周膜、上颌骨双皮质层、下颌骨双皮质层、下牙槽神经、颞下颌关节、关节盘、关节软骨、关节囊以及咀嚼肌肉系统和颌面的三维解剖学模型,以及单个前牙的三维有限元模型。结论基于CT、MRI影像和解剖学,利用医学影像处理软件Mimics、Geomagic Stadio及Ansys结合实构法和虚构法所建高精度颌面部模型具有全面性、先进性和实用性,可以为进一步模拟口腔医学临床中的实际问题提供理论依据。     

胸腰段骨质疏松三维有限元模型的建立及临床应用

目的:探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验提供标准模型。方法:一个有代表性的健康成年男性志愿者,范围从T11～L2,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面0.699mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。利用三维重建软件Mimics建立T11～L2段正常脊柱骨性结构的三维模型,再经过自由造型系统进行表面光滑化处理及对0.699mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Patran的前处理功能,在脊柱模型骨性结构的基础上,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行智能有限元网格划分。结果:①正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分结果:利用三维重建软件Mimics和有限元软件Patran成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276580个四面体单元,8532个六面体单元,673个杆单元,总计共95219个结点。建立的模型负荷正常椎体的几何特性;②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立:利用有限元软件Patran的前处理功能,对不同组织的物理特性进行定义,皮质骨、终板、后部结构模量减少33%,松质骨减少66%,同时考虑髓核脱水,弹性模量增加1倍,符合真实的生物力学要求,真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性,成功建立骨质疏松腰椎三维有限元模型。结论:建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型,可应用于骨质疏松腰椎后凸成形术的评估。     

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。     

犬下颌小口径枪弹贯通伤的伤情特点

目的 :了解小口径高速、高能制式枪弹伤的致伤特点。方法 :用国产 5 .80 mm制式枪弹致伤犬下颌 ,造成犬下颌硬、软组织复合贯通伤 ,用激光测速靶和高速 X线相机等测量弹道学数据 ,分析该模型的创伤弹道学特点 ;取伤后不同时间、伤道周围不同部位软组织进行组织病理观察 ,分析其伤情特点。结果 :5 .80 mm枪弹犬下颌贯通伤的创伤弹道学特点为撞击速度( 9 16 .18± 8.90 ) m/s,能量传递率 ( 8.5 9± 3.12 ) % ,致伤参数稳定 ,入口小 ,出口大 ,有瞬时空腔。伤情特点为 :局部伤情较复杂 ,损伤组织种类较多 ,包括皮肤、皮下、肌肉、血管、神经、骨组织等 ,特别是包含有下颌骨、面神经、三叉神经、牙齿、咀嚼肌等颌面部特有的组织器官 ;伤后 2～ 6 h组织病理变化主要表现为炎性渗出水肿 ,伤后 2 4～ 72 h以组织变性、坏死为主 ,72 h组织坏死范围大约为 0 .4～ 0 .8cm;伤后 7d组织病理变化以炎性或纤维组织增生为主。结论 :5 .80 mm枪弹犬下颌贯通伤模型的致伤参数稳定 ,致伤力中等 ,局部伤情较复杂 ,是具有良好代表性的颌面火器伤动物模型 ,在颌面枪弹创伤弹道学研究和战伤救治研究方面有广阔的应用前景。     

构建不同矢量骨吸收的牙周炎下颌骨3D数字解剖学模型

目的：构建不同矢量骨吸收的牙周炎下颌骨3D数字解剖学模型。方法：采用CT扫描志愿者下颌骨获取扫描图像数据,利用医学三维图像重建软件Materialise Mimics10.0、逆向工程软件Geomagic Studio12.0、有限元前处理软件HyperMesh 11.0等生成含完整解剖结构牙列的下颌骨模型。根据牙槽骨不同矢量骨吸收水平,构建体外典型以牙槽骨吸收水平为标准的无牙周炎模型以及轻度牙周炎、中度牙周炎、重度牙周炎患者下颌骨3D数字解剖学模型。结果：建立了不同程度骨水平吸收的牙周炎下颌骨3D数字模型。正常下颌骨模型节点总数55 034个,面单元总数108 273个;轻度牙周炎下颌骨模型节点总数53 703个,面单元总数105 608 个;中度牙周炎下颌骨模型节点总数52 362 个,面单元总数102 821个;重度牙周炎下颌骨模型节点总数50 445个,面单元总数99 099个。结论：建立的模型可有效实现对不同程度骨吸收牙周炎下颌骨的数字解剖学和生物力学研究。     

含种植体无牙下颌骨三维有限元模型的建立

目的：旨在探讨一种建立含种植体无牙下颌骨三维有限元模型的方法：方法和结果：采用对无牙下颌骨干骨标本的CT扫描,计算机图像处理及CAD技术,在ALGOR有娶元分析软件支持下,建立具有不同结构的含种植体无牙下颌骨三维有限元分析模型,结论;CT扫描,计算机图像处理以及CAD技术的应用,为三维有限元模型的建立提供了准确,简洁的方法。     

Imageware逆向工程软件在固定桥建模中的应用

目的借助Imageware逆向工程软件建立仿真的天然牙支持式固定桥三维实体模型,为后续模型加载的生物力学研究打下基础。方法CT扫描一位志愿者下颌骨,通过Mimics软件分离出牙齿和颌骨,生成点云数据,导入Imageware逆向工程软件中生成三维曲面模型,在ANSYS10．0有限元软件中建立三维有限元模型。结果本实验重建了志愿者下颌部分颌骨（皮质骨和松质骨）、牙齿及其周围牙周膜的三维实体模型,并在此模型基础上根据基牙预备及烤瓷冠桥的要求,构建了下颌后牙区三单位的烤瓷固定桥三维实体模型。结论Mimics软件结合逆向工程软件的使用,可以建立比较逼真的三维实体模型,而且操作简便,可以在烤瓷冠桥的构建中缩短建模时间。     

洗必泰碘络合物溶液用于下颌骨火器性感染创面的实验研究

颌面部火器伤常伴大量的致病微生物污染,仅靠切除清创术难以彻底消除。本实验观察了1％洗必泰碘络合物(简称CIC)对12只家犬下颌骨火器伤72h后感染创面的清创效果。结果表明:犬下颌骨火器性部分骨块缺损72h后,创面均有大量细菌生长。经常规清创后,12只犬中仍有10只细菌培养阳性。应用1％CIC后,细菌培养均为阴性。作者认为,1％CIC作为消创冲洗消毒剂,适用于口腔颌面部创伤,尤其对污染严重的火器伤,可起到常规消创方法所不能取代的作用。     

计算机图象分析系统处理系列截面影象建立牙颌三维有限元模型

作者利用牙及牙颌的系列ＣＴ截面影象、计算机图象分析系统和自行设计的三维有限元数据模型生成软件，建立了适合口腔生物力学研究的三维有限元模型，探索出一种新的且具有一定通用性的前处理方法。本研究充分利用了ＣＴ影象片的准确、直观、相似程度高等优点和计算机图象分析法操作简单、方便、快速等特点，能够准确处理不同形态结构的组织信息，适应口腔组织结构复杂的要求，不损伤标本，可重复使用图象图形数据，这是其它方法无法比拟的。     

不同致伤条件下人下颌骨投射伤计算机仿真模拟和对比分析

目的：利用有限元数字模拟技术动态仿真不同致伤条件下人下颌骨颏部投射伤动态致伤过程,通过生物力学分析探讨下颌骨投射伤致伤机制。方法建立人下颌骨投射伤三维有限元模型,动态模拟在不同致伤条件下（高、中、低三种投射速度）投射物致伤下颌骨颏部的动态过程,对模拟结果进行生物力学对比分析。结果成功模拟不同致伤条件下人下颌骨投射伤动态致伤过程,模拟结果逼真,投射速度越高,下颌骨损伤更为严重。结论利用数字模拟技术可以有效地仿真下颌骨投射伤,为口腔颌面部战创伤基础研究、临床救治提供参考和指导。     

Mimics软件结合薄层CT扫描构建下颌第一前磨牙桩核冠三维有限元模型

目的 Mimics软件结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙桩核冠的三维有限元模型.方法应用Mimics软件直接读取通过CT扫描所获取的建模所需一维影像图像(共72张,层厚0.3 mm,无间隔)的边界数据;再利用Ansysworkbench的曲面造型和加减布尔运算建立桩核冠各个三维实体模块模型,并进行三维重组;最后在Ansys软件中建立三维有限元模型同时划分力学单元并进行力学分析.结果建立了包括全瓷冠、桩核、粘固剂、牙周膜、牙胶尖、牙槽骨的三维有限元模型.结论应用薄层CT结合Mimics软件建模的方法方便快捷,能较好地实现有限元模型的几何相似性、边界约束和载荷相似性、力学性能相似性要求.     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型的构建

目的建立阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea symdrome,OSAHS)患者的下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)的三维有限元模型,为治疗OSAHS从颞颌关节方面提供参考依据.方法对OSAHS患者颞颌关节及上气道行薄层CT扫描,获得OSAHS患者颞颌关节及上气道DICOM格式的图像信息,采用Mimics三维建模软件、Imageware逆向工程学软件、Ansys有限元分析软件建立的三维有限元模型.结果建立了OSAHS患者下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)的三维有限元模型,共得到949 850个单元,932 932个节点.既能精确显示其三维空间结构和形态,又可以模拟下颌前移式口腔矫治器治疗OSAHS,为进一步研究此类方法治疗OSAHS从颞颌关节方面提供参考依据.结论建立准确、可行、灵活模拟操作的OSAHS患者下颌骨和颞下颌关节(并包含上气道及周围结构)三维有限元模型,为临床治疗OSAHS从颞颌关节方面奠定基础.     

两种种植体支持式下颌半口固定义齿种植体应力有限元分析

目的 设计两种种植体支持式下颌半口全牙列固定义齿,研究在不同下颌骨垂直高度降低情况下种植体应力分布情况.方法 利用锥束计算机断层扫描成像(CBCT)扫描下颌骨及上部义齿,形成下颌骨基准模型,将基准模型中下颌骨垂直高度分别下降0、5、10和15mm,组装种植体后,建立颏孔前6枚平行种植体支持和“All-on-four”支持的不同下颌骨垂直高度的种植体有限元模型,分别为6-种植体模型和4-种植体模型,共两组(8个).在右下颌第一磨牙中央窝静态加载250 N垂直力,用Ansys 15.0软件进行模型各部分的应力分析.结果 在相同的加载条件下,种植体最大应力值位于颈部;两组8个模型最大应力值分布显示,不同下颌骨垂直高度下4-种植体组的最大应力值在40.12～49.06MPa之间,6-种植体组的最大应力值在80.62～109.64MPa之间;6-种植体组的最大应力值是4-种植体组的2倍.两组模型中种植体最大应力在下颌骨垂直高度降低5mm时均表现为最低,随着下颌骨垂直高度降低,应力逐渐增大,而垂直高度下降0mm的模型最大应力要略大于下降5 mm模型.结论 4-种植体和6-种植体支持的无牙颌固定义齿在相对极端的载荷下种植体都没有出现破坏性应力,4-种植体有着更加合理的应力分布;下颌骨垂直高度下降5mm组应力最小,说明适当降低垂直高度有利于种植体应力更加合理的分布.     

人体髋关节三维有限元模型的建立及其生物力学意义

目的:构建正常人体髋关节的三维有限元模型,作为该部位进一步有限元分析的基础.方法:采用活体髋关节为标本,应用CT扫描技术及图形数字化方法获取髋关节的三维坐标,输入有限元分析软件,并通过确定材料特性参数和网格化,建立髋关节的三维有限元模型.结果:所构建髋关节三维有限元模型客观反映髋关节真实解剖形态及其生物力学行为,还原性良好,可以满足有限元分析的需要.结论:采用CT扫描资料建立的三维有限元模型切实可靠,实体建模法将有限元模型的几何特征和边界条件的定义与有限元网格的生成分开进行,减少了模型生成的困难.所构建的髋关节三维有限元模型,可以为髋关节力学行为以及骨折内固定、髋关节成型术的力学基础研究提供精确模型.     

人下颌骨枪弹伤的三维有限元建模与数值分析

目的利用计算机辅助工程技术,动态仿真不同入射角度子弹侵彻三维下颌骨模型过程。方法对正常志愿者颌面部进行薄层CT扫描,将获得的下颌骨数据以DICOM标准通过Mimics软件进行三维实体重建,在LS-DYNA软件中模拟7.62 mm弹丸以不同入射速度(713.8、1 400 m/s)和不同入射角度(90°、67.5°、45°)致伤下颌骨模型过程。结果建立了形态细致逼真、相似性好的人下颌骨三维有限元模型,成功模拟了人下颌骨弹丸的致伤过程,当7.62 mm弹丸入射角度一致时,入射速度越大,撞击能量越大;当入射速度一致,入射角度为45°组的致伤能量明显高于90°及67.5°组。下颌骨枪弹伤模型出口面积大于入口面积。结论薄层CT、DICOM标准的应用使得有下颌骨限元模型的建立更为精确,利用有限元仿真技术动态模拟人下颌骨弹丸致伤的方法是可行的。     

男性全牙列牙周膜数字解剖学建模与测量

目的 探索逆向工程软件结合薄层CT测量活体总牙周膜面积及剩余牙周膜面积的方法。方法 采集第2代中国数字化人体(活体数字人)男性第23号头颅薄层CT图像,以DICOM格式导入Mimics软件进行三维重建,再通过Geomagic Stadio软件优化模型,将牙周膜建模后模型通过Geomagic Stadio软件自带测量功能测量牙周膜面积。结果 测量所得的牙周膜面积符合解剖学规律,上颌牙牙周膜大于下颌牙周膜;上颌牙周膜面积:第一磨牙> 第二磨牙> 尖牙> 第一前磨牙> 第二前磨牙> 中切牙> 侧切牙,下颌牙周膜面积:第一磨牙> 第二磨牙> 尖牙> 第二前磨牙> 第一前磨牙>中切牙> 侧切牙。结论 利用逆向功能软件结合薄层CT能快速并准确地在活体上测出牙周膜面积、有利于进一步的诊断和治疗。     

螺旋CT扫描建立成人股骨头坏死三维有限元模型

目的:通过螺旋CT扫描获取相关数据,建立成人股骨头坏死的三维有限元模型,为分析股骨头坏死后的力学改变及治疗方法的评价打下基础。方法:采用健康成人股骨上段为研究对象,应用螺旋CT扫描技术,获取股骨上段三维坐标,结合松质骨、皮质骨的材料特性参数,输入通用三维有限元分析软件ANSYS8.0中,建立正常成人股骨上段三维有限元模型,并在此基础上建立具有不同大小、方向、深浅坏死区的成人股骨头坏死模型。结果:建立的模型在几何形状、材料特性方面贴近真实情况,坏死区的设计能够全面覆盖临床常见的类型,可以满足临床进一步分析的需要。结论:采用螺旋CT扫描资料建立三维有限元模型,几何模拟、材料模拟、更加接近于自然情况,简便、高效,为进一步的分析提供一个理想的平台。     

颌面高速投射物伤时颅脑间接损伤的病理特点

本实验以高、中速钢球致伤犬下面部，结果发现：（1）颌面投射物在不同可同时伴有颅脑间接损伤，脑挫伤及颅底硬膜外出血是其主要表现，高速钢球致下颌骨折者损伤发生率最高，程度最重；（2）脑挫伤好发于入射侧颞下回，颅底硬膜外出血常见于入射侧岩部附近；（3）组织吸收能量越多，局部伤情越严重，头颅振动加速度值越大，颅脑损伤发生率越高，程度愈严重。     

腕关节有限元骨性建模及力学分析

目的：探讨基于CT影像数据的腕关节有限元模型构建、受力分析,以期为开展腕关节生物力学有限元分析的研究提供参考。方法：选取1名29岁成年健康男性志愿者,对其右尺桡骨远端到近端指骨进行CT扫描,将所得图像导入Mimics 10.01中,建立腕关节三维有限元模型,将赋予材料属性的模型导入ANSYS10.0中,模拟体外生物力学试验,观测在轴向压力情况下腕关节各结构的应力分布。结果：成功建立了包括桡、尺骨远端,腕骨,掌骨,近端指骨,三角纤维软骨复合体等结构的三维有限元模型,计算并获得了掌骨受轴向压力下各腕骨的应力分布图。结论：在目前的个人计算机平台上依据CT影像资料,利用医学图像处理软件和三维重建软件可以准确、快捷地构建腕关节的三维有限元模型,并可根据模型计算轴向压力下的应力分布,为腕部有限元分析及整个虚拟手的构建提供了技术支持。