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.     

CAD软件辅助建立自适应螺纹种植体骨块三维有限元模型

[目的]利用CAD软件建立具有自适应功能的4种螺纹种植体骨块三维有限元模型。[方法]使用pro／E软件根据种植体相关参数，分别建立不同螺纹形态的牙种植体、冠修复体、松质骨和皮质骨三维实体模型，利用自适应功能生成装配体，导入ansys workbench8．0CAE软件中，进行单元划分建立有限元模型，应力加载后进行模型准确性的检测。[结果]建立了包含真实螺纹种植体的下颌骨骨块三维有限元模型。[结论]应用pro／E软件自适应功能建立包含不同螺纹形态的下颌骨骨块的三维有限元模型，为种植修复三维有限元分析提供了准确、灵活、快速的平台。     

螺纹型牙种植体即刻负载有限元模型的建立

目的探索一种可行的建立包含真实螺纹形态的牙种植体即刻负载三维有限元模型的方法,为牙种植体即刻负载相关研究提供模型支持.方法采用三维机械设计软件SolidWorks在计算机上建立螺纹型牙种植体、局部下颌骨块三维实体模型,将实体模型导入ABAQUS有限元软件,采用过盈配合法模拟实现即刻负载种植体骨界面初始应力,定义界面摩擦系数.结果在计算机上建立了真实螺纹形态牙种植体、下颌骨块的三维立体即刻负载有限元模型,随着过盈量的增加,界面初始应力相应逐渐增加.结论采用过盈配合法可模拟即刻负载种植体骨界面的初始应力状态,所建即刻负载有限元模型为牙种植体即刻负载研究打下了基础.     

牙周支持正常及受损条件下颌固定义齿的三维有限元模型的建立

目的：建立牙周支持正常及受损条件下颌固定义齿的三维有限元模型,为口腔生物力学的研究和优化修复体的设计提供研究手段。方法：采用先进的牙CT技术和计算机图像处理系统及Solidworks 2001有限元软件相结合的方法。结果：建立了牙周支持正常及受损条件下下颌骨及后牙固定桥的三维有限元模型。所建立的模型重现牙颌组织的形态、结构相似性好,能够进行三维显示,模型可编辑性强,并可模拟不同工作状况模型各部分的力学改变。结论：该模型可用于牙颌系统生物力学的研究。     

包含微型种植体和直丝弓矫治器下颌三维有限元模型的建立

目的：：建立包含微型种植体和直丝弓矫治器的下颌骨三维有限元模型,为口腔正畸生物力学研究提供模型支持。方法：对志愿者进行头颅部螺旋 CT 扫描,利用 MIMICS 软件进行微型种植体、直丝弓托槽及三维实体模型的重建,在 Geomagic 中优化后导入 ANSYS 赋值及网格划分,建立完整的下颌三维有限元模型。结果：建立了包含微型种植体、排齐整平的下颌牙列、牙周膜、牙槽骨及直丝弓托槽的下颌三维有限元模型,计算机实验模拟牙齿的位移状况与临床基本一致。结论：精确、高效地建立下颌整体三维有限元模型,可为模拟牙齿不同状态下的移动及周围牙槽骨的应力分析,提供数字模型基础。     

Perfect与Replace种植体延期负重颈部骨应力比较

目的：研究延期负重时Perfect种植体与Replace种植体颈部骨质应力分布情况。方：借助医用CT电子扫描技术、图像传输与转换技术以及三维有限元软件模拟建立上颌骨前牙区的三维有限元模型,分别模拟植入Perfect种植体及对照组的Replace种植体,比较分析两种种植体在即刻负重时牙槽嵴顶皮质骨的应力分布情况。结果：延期负重时,Perfect种植体在牙槽嵴顶部的等效应力和压应力略小于Replace种植体在牙槽嵴顶部的等效应力和压应力,拉应力则略大于Replace种植体在牙槽嵴顶部的拉应力。结论：延期负重条件下,Perfect种植体在牙槽嵴皮质骨的应力分布与Replace种植体相似,仅从生物力学方面考虑,Perfect种植体不会加快种植体颈部牙槽嵴的吸收速度。     

牙槽嵴-种植体系列有限元模型的快速构建方法

目的:通过电子表格驱动的CAD零件造型和有限元分析软件相结合的方法完成不同类型牙槽嵴-种植体复合体有限元模型的快速构建.方法:利用CAD软件分别建立牙槽嵴和种植体基础模型,以电子表格软件驱动零件外形尺寸获得不同类型种植体、密质骨和松质骨CAD模型,在CAD软件中完成零件装配后导入有限元分析软件生成牙槽嵴-种植体复合体系列模型.结果:通过不同版本模型激活,获得质量良好,无相互干涉的不同分类种植体-骨复合体有限元模型300个.结论:本方法建模迅速高效.易用性好,所获得的系列模型基本覆盖各种不同类型牙槽嵴,为全面、准确了解种植体生物力学特性提供了一套新的分析方法或工具.     

个体化舌侧矫治微种植体远移下牙列有限元模型的构建与验证

目的 建立个体化舌侧矫治远移下牙列的三维有限元模型,为进一步生物力学研究提供模型支持.方法 对志愿者进行CT扫描,将获得的数据导入 Mimics软件中3D重构获得初步三维模型,经Geomagic Studio软件模型优化和曲面重建,获得下颌牙列和下颌骨三维模型.利用 UG NX8. 5建立个体化舌侧托槽、弓丝、牵引钩、微种植体、片段弓等模型.将所得的模型进行组装后在Ansys软件中进行网格划分、材料属性定义,最终建立三维有限元模型.对两个模型分别加载工况进行验证.结果 根据微种植体位置不同,建立三维有限元模型2个.工况1时合平面逆时针旋转趋势,下前牙伸长趋势,后牙压低伴有远中倾斜趋势;工况2合平面无明显旋转趋势,磨牙趋于整体移动.验证结果符合临床实际.结论 通过CT扫描以及多种软件的联合运用建立了精确度较高、几何相似性较好的个体化舌侧矫治微种植体远移下牙列的三维有限元模型,为后续研究提供了良好的平台.     

螺纹形态对牙种植体初期稳定性影响的有限元研究

目的用有限元方法研究V型、矩型和锯齿型3种螺纹形态对即刻负载牙种植体初期稳定性的影响.方法采用三维机械设计软件SolidWorks在计算机上建立3种螺纹形态牙种植体、局部下颌骨块三维实体模型,将实体模型导入ABAQUS有限元软件建立种植体即刻负载有限元模型,模型界面存在初始应力(0.1 mm过盈产生);给有限元模型分别加载垂直向、水平向力,计算V型、矩型和锯齿型3种螺纹形态模型种植体骨界面微动.结果垂直载荷下,V型、矩型、锯齿型种植体根末端骨界面最大微动分别为:18.09、15.56、10.93μm,即矩型、锯齿型种植体微动与V型种植体微动相比,分别下降了13.99%和39.58%.水平载荷下,3种螺纹形态种植体颈部骨质水平向最大微动分别为:16.58、17.50、17.52 μm.结论矩型、锯齿型螺纹设计与V型相比可增加种植体垂直向初期稳定性,但3种螺纹形态模型的水平向微动相差不明显.     

种植体骨结合率对种植体固有频率影响的有限元分析

目的:用有限元方法研究种植体骨结合率与种植体固有频率之间的关系. 方法: 建立牙种植体、局部下颌骨骨块三维立体有限元模型,利用ABAQUS有限元软件,分析不同等级骨结合率下种植体的固有频率. 结果: 随着骨结合率由0增加至100%,种植体固有频率相应从23 960 Hz增加到25 886 Hz. 结论: 种植体的骨结合率对其固有频率有一定影响,但并非主要影响因数.     

具有解剖基下颌的人头模型撞击损伤的有限元研究

目的 建立具有解剖基下颌的人体头部有限元模型。探讨此模型以不同速度正面撞击的响应过程,研究其损伤的生物力学机理。方法 根据人体下颌骨的螺旋CT扫描图像,利用三维重建、图像处理和网格划分技术,建立人体下颌骨的三维有限元模型,通过关节和经过修改的混合Ⅲ型假人头部模型相连接,建立活体下颌骨与混合Ⅲ型假人头结合的人体头部有限元模型。对下颌骨进行初步边界约束,模拟计算此模型以3．6m/s和10m/s速度撞击正前方刚体。结果 下颌骨以3．6m/s速度撞击正前方刚体,下颌骨会以颞下颌关节为轴向后轻微滑动,因而应力上升过程中有一回落,此处为滑动力。应力沿下颌骨外斜线向升支和颞下颌关节传递,髁突及髁突颈部应力有明显集中;下颌骨以10m/s速度撞击时,滑动力不明显,于第4～5ms时应力回弹、反射明显导致应力叠加。活体下颌骨与混合Ⅲ型假人头结合,可对下颌骨进行边界约束。在喙突(颞肌)边界约束条件下,喙突应力亦有一定改变。结论 (1)髁突及髁突颈部相对于下颌骨体其骨结构的横截面积陡然减小,骨结构的横截面积陡然减小的区域出现应力集中;(2)撞击过程中下颌骨以髁突为轴向后轻微滑动,造成此处较强的应力有集中;(3)应力回弹、反射导致应力叠加,这是下颌骨撞击损伤的生物力学机制之一。与临床下颌骨正面撞击所造成的骨折部位完全吻合。     

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.     

种植体支持的上颌无牙颌固定义齿三维有限元建模

目的:建立种植体支持的上颌无牙颌固定义齿三维有限元模型,以便分析种植固定桥及上颌骨的应力分布,为临床应用提供参考。方法:选择1例上颌牙列缺失,牙槽骨中度吸收的志愿者,对其头颅部进行锥形束CT(cone-beam-computed tomography,CBCT)扫描,并利用计算机软件进行数据转换,完成上颌骨三维实体模型的重建;利用光学测量与平面影像测量相结合的方法 ,完成Bego种植体(L=13 mm、D=4.5 mm)的精确建模;并用激光扫描的方法完成种植固定桥的建模,为后面的有限元分析提供准确的数据。结果:成功地建立了种植体支持的上颌无牙颌固定义齿三维有限元模型,并在保持原模型力学相似性的基础上对其进行了简化,提高了分析效率和精确性。结论:基于CBCT扫描、三维激光扫描、逆向工程技术和快速成型技术建立种植体支持的上颌无牙颌固定义齿几何模型,利用有限元软件进行网格划分生成有限元模型的方法是可行的,并保证了很好的几何相似性。     

Establishment of a three-dimensional finite element model for gunshot wounds to the human mandible

ObjectiveTo investigate the feasibility of a finite element model as an ideal research tool for human maxillofacial gunshot wounds.MethodsMandible CT scan data on the Chinese Visible Human were imported into MIMICS software to obtain the surface mesh of the mandible. Then, these surface-meshed models were imported into ANSA software for automatic net generation. Elements and nodes were partitioned on the basis of the mesh to obtain a three-dimensional finite element model for the mandible with every internal parameter consistent with those of our previously developed model in the pig mandible. The finite element model was imported into LS-DYNA for computation. Finally, the LS-POST was used to complete the simulation and the measurements.ResultsA three-dimensional finite element model was successfully established for gunshot wounds in the human mandible. The stress distribution and the degree of injury were simulated dynamically for shots from two types of projectiles in the mandible at one entry angle and at three impact velocities.ConclusionThree-dimensional finite element models will become ideal research tools for treatment of ballistic wounds of the human maxillofacial region. Using this human mandibular model as a foundation, we will be able to successfully develop three-dimensional finite element models for human maxillofacial gunshot wounds.     

利用CT扫描及CAD技术建立肺三维有限元模型

目的探讨建立肺有限元模型的方法,以期应用于临床实验研究。方法通过CT扫描、Unigraph-icsV18.0进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,构建肺三维有限元模型。并通过有限元分析验证重建模型的有效性。结果采用Uni-graphicsV18.0建立肺的实体模型并划分单元,分析在生理载荷下肺不同组成部分的应力分布。结论该研究为肺有限元模型的建立提供了一种简便、准确的方法,为分析和研究各种情况下肺生物力学表现和为建立肺癌的运动模型创造了条件。     

上颌无牙颌All-on-Four远中种植体不同倾斜角度和长度的三维有限元应力分析

目的:应用三维有限元法研究上颌无牙颌All-on-Four远中种植体在不同角度和不同长度模型中的应力分布?方法:选择1例上颌无牙颌女性患者,采集数据,三维重建,构建上颌无牙颌“All-on-Four”种植修复的三维有限元模型?按照远中种植体角度和长度不同分为4组:A组30° 11.5 mm,B组30° 13.0 mm,C组45° 11.5 mm,D组45° 13.0 mm?100 N垂直静载荷分别加载于第一?二前磨牙及第一磨牙上模拟咀嚼受力,应用ABAQUS软件测算种植体在上颌无牙颌模型上的等效应力值?结果:垂直载荷下,应力集中在种植体颈部周围骨皮质区;远中种植体长度增加,各区域应力缓慢下降;远中种植体倾斜角度增加,应力分布分散,种植体颈部和根尖区应力明显减小?结论:远中种植体长度增加对应力分布和大小的改变并不显著,远中种植体倾斜45°比倾斜30°更有利于应力分散?     

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。     

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。     

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.