激光三维扫描系统重建下颌骨

目的 利用激光三维扫描技术重建下颌骨三维结构,探索建立有限元几何模型的新方法。方法 利用激光三维扫描系统,多次、分区域地扫描人体下颌骨标本并形成下颌骨表面轮廓点云文件,然后对扫描点云文件进行拼接,重建下颌骨表面轮廓。结果 建立了一个人体下颌骨骨性表面的三维模型。此模型造型逼真,并可以适当的文件格式应用于有限元结构力学仿真分析。结论 在生物力学仿真实验中,激光三维扫描系统可以用于建立有限元几何模型,可解决常规CAD(computer aided design)方法难以建立非规则人体结构模型这一难题。     

三维激光扫描重建咬肌、颞肌三维数字化模型

目的 根据咬肌及颞肌的解剖学特点,利用激光三维扫描结合解剖技术重建咬肌、颞肌三维数字化模型.探索肌肉等软组织建模及形态学研究的新方法.方法 1例颌面部形态正常的男性成年新鲜标本,解剖完全暴露咬肌、颞肌浅面,激光三维扫描系统对标本多次扫描;切成咬肌、颞肌后再次对标本进行多次扫描,形成轮廓点云文件;在Geomagic软件中处理,并进行观察测量.结果 利用激光三维扫描的点云文件,在Geomagic软件中重建形成具有解剖特征的咬肌、颞肌3D数字化模型.结论 通过激光3D扫描的点云文件重建的咬肌、颞肌数字化模型形态真实,并可进行形态学测量,为其形态学研究及生物力学分析提供了基础.     

建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型

目的 针对数字化虚拟中国男性一号的膝关节断面切片图像，建立可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型。方法 将中国数字化虚拟人体男性一号膝关节部位的薄层切片数码图像输入PC机，经过分割、配准等处理后，利用三维重建软件Mimics建立三维图像，然后通过自由造型系统进行表面光滑处理，再对表面图像矢量化，存储为有限元仿真分析可以接受的格式。结果 建立了人体膝关节的三维计算机模型，并转换为IGES格式，可以提供膝关节的有限元生物力学仿真分析。结论 利用Mirnics重建后的三维计算机模型，可经自由造型系统FreeForm plus转换后应用于有限元仿真分析。     

建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型

目的针对数字化虚拟中国男性一号的膝关节断面切片图像,建立可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型。方法将中国数字化虚拟人体男性一号膝关节部位的薄层切片数码图像输入PC机,经过分割、配准等处理后,利用三维重建软件Mimics建立三维图像,然后通过自由造型系统进行表面光滑处理,再对表面图像矢量化,存储为有限元仿真分析可以接受的格式。结果建立了人体膝关节的三维计算机模型,并转换为IGES格式,可以提供膝关节的有限元生物力学仿真分析。结论利用Mimics重建后的三维计算机模型,可经自由造型系统FreeForm plus转换后应用于有限元仿真分析。     

基于CT图像的人体股骨上段有限元模型的建立

目的 建立人体股骨上段三维有限元模型,从几何上完全忠实于真实的解剖结构,作为今后对股骨进一步有限元分析的基础.方法 采用活体股骨上段为研究对象,应用CT扫描技术获取CT图像资料,运用三维图像重建软件3D-doctor进行图像重建,获取股骨上段三维坐标,输入有限元分析软件Cosmos/M,通过确定材料特性参数和网格化,建立完整的股骨上段三维有限元模型.结果 建立的三维有限元模型几何形状与材料特性还原良好,网格大小可根据研究者的需要在一定范围内自行调整,可以满足有限元分析的需要.结论 采用CT扫描资料建立股骨三维有限元模型切实可靠,可以最大限度地忠实于个性化的解剖结构,且利用这种方法可以更精确地模拟复杂几何形态的实体.     

有限元方法在颈椎生物力学中的应用

目的：研究重建颈椎三维有限元模型。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18．0软件进行影像边界记录、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，验证重建模型的有效性。结果：建立颈椎的三维有限元模型（C3／4），分析结果证明其在仿真分析中是可行的。结论：建立的颈椎三维有限元模型可以模拟生物力学实验。     

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。     

儿童"颞下颌关节-下颌骨-颏兜矫治器系统"三维有限元模型的建立

目的：建立儿童“颞下颌关节—下颌骨—颏兜矫治器系统”的三维正交各向同性有限元模型，为模拟研究Ⅲ类错He畸形矫形治疗中，颏兜作用力在下颌骨的应力分布提供基础条件。方法：选择一名颏兜矫治的下颌前突儿童患者，通过CT扫描及图像处理、节点座标的数字化，采用ANSYS5．6软件建立“颞下颌关节—下颌骨—颏兜矫治器系统”模型，设计、模拟颏兜矫治器后牵引下颌的边界约束条件。结果：建立了更接近临床实际应用颏兜情况的三维有限元模型，并可模拟不同工作状况下模型各部分的力学改变，确定了不同后牵引外载荷的加载作用点、方向及大小。结论：利用CT三维影像重建技术与三维有限元方法结合，建立了儿童下颌骨—颏兜三维有限元模型，该模型可用于下颌颏兜矫形应力分布研究。     

下颌骨撞击试验与有限元分析

目的 利用MTS-858生物材料试验机进行下颌骨撞击试验和三维有限元分析方法揭示下颌骨骨折生物力学机制.方法 根据Hanau合架原理,3例标本分别制备成下颌骨撞击模型,MTS-858生物材料试验机进行下颌骨颏部水平方向撞击试验.人体下颌骨标本利用激光三维扫描系统获得下颌骨模型,有限元软件ANSYS7.0分析.结果 3例标本均在颏部骨折,下颌骨颏部撞击力峰值为(2151.10±125.18)N;响应时间为(17.3±2.3)ms.ANSYS动态显示下颌骨颏部受到撞击后下颌骨内部的应力变化,颏部撞击点应力最大,应力变化曲线显示在颏部距上缘1.92 cm处出现峰值,最大应力为3201.35 kPa.结论 下颌骨撞击试验和三维有限元方法结合量化了颏部受力下颌骨骨折的有关参数,为揭示任意合位下颌骨撞击下颌骨骨折的生物力学机制奠定基础.     

基于"中国数字人"切片建立包含牙列的下颌骨三维模型

目的 利用虚拟人数据资料借助医学三维重建软件快速重建包含下颌牙列的人体下颌骨三维模型,为数字化虚拟人体作出技术探讨.方法 选择合适的尸体标本,经固定、动脉灌注、包埋、数据采集后获得虚拟人数据集,按照不同数据格式保存虚拟人切片图像数据.为今后不同规模的人体解剖结构重建目的 作准备.取虚拟人切片数据图像中下颌骨切片部分图像共计280张经二维图像处理软件去噪、描边后导入专用医学三维重建软件进行下颌骨的三维重建,生成的下颌骨三维模型经表面光滑处理后进行渲染.结果 利用虚拟人的数据得到了包含牙列的下颌骨精细的三维模型,在三维方向上真实地再现了下颌骨的解剖形态.结论 利用中国数字化可视人体图像能建立准确的下颌骨三维模型.     

下颌钛植入支架树脂模型的设计与制作

目的探讨ANSYS程序和快速成型技术在下颌钛植入支架的设计与制作中的应用。方法利用正常人三维有限元模型,模拟一侧下颌骨体部缺损,建立个体化下颌钛植入支架三维有限元模型,通过图像处理及转换技术,指导快速成型设备加工成型。结果所建立的下颌钛植入支架三维有限元模型,具备个体化并与剩余下颌骨和原缺损下颌骨曲度相匹配;通过该模型,利用快速成型技术加工成功获得该支架的树脂模型。结论利用ANSYS程序和快速成型技术,对下颌钛植入支架进行设计和制作是完全可行的。     

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。     

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.     

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.     

下颌骨囊性病变的三维有限元模型生物力学分析

目的 对下颌体部囊性病变三维有限元模型行生物力学分析,为临床制定手术方案提供参考依据。方法 基于牙颌关系正常健康女性志愿者的下颌骨CT图像,构建出下颌体部囊性病变三维有限元模型,分析在一定约束及载荷条件下病变区接近应 力峰值时囊肿大小及剩余骨壁情况。结果 当囊肿大小为37.63 mm×11.32 mm×21.45 mm时,病变区最大Von Mises应力值达到77.295 Mpa,接近于下颌骨的屈服强度,存在病理性骨折的风险,此时病变区颊、舌侧及下颌骨下缘剩余骨厚度分别为1.52、0.76、1.04 mm。结论 剩余骨量是影响囊性病变刮治术后病理性骨折的重要因素,当下颌体部囊性病变区各壁剩余骨皮质厚度低至1mm时,此界值可作为临床制定一期开窗减压治疗联合二期刮治术式的参考依据。     

下颌骨颏部骨折联合双侧髁突囊内骨折致伤机制的三维有限元分析

目的: 通过三维有限元方法模拟和分析下颌骨颏部骨折联合双侧髁突囊内骨折的致伤机制,提高此类骨折的预防和诊断水平。方法: 获取1名下颌骨发育正常、无第三磨牙、无颞下颌关节病史的青年男性的颌面部CT和颞下颌关节MRI数据,通过Mimics和ANSYS软件建立三维有限元模型。采取不同角度的外力作用于下颌骨颏部,分析下颌骨及髁突关节面的应力分布。同时,比较有无关节盘、咬合与非咬合状态下下颌骨的应力分布差异。结果: 准确建立了包含颞下颌关节结构的三维有限元模型。当外力作用于下颌骨颏部时,髁突、升支前缘及颏部受力区是主要的应力集中区,其中应力最大值位于髁突顶部。随着外力方向与水平面夹角由0°逐渐增大直至60°,下颌骨上的应力由分散逐渐集中至颏部与双侧髁突三个部位;超过60°时,应力又出现分散的趋势。当对关节盘进行模拟后,髁突关节面及髁颈部的应力分布明显减小。与非咬合状态相比,咬合状态下下颌骨上的应力集中于咬合面,而其他部位无明显的应力分布。结论: 外力方向与水平面呈60°时,应力分布主要集中于颏部及双侧髁突顶部,即三点骨折发生的部位;在下颌骨颏部受力过程中,关节盘的存在以及稳定的咬合状态下,髁突部位(包括颈部和关节面)的应力分布明显减小。     

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。     

下颌磨牙不同类型缺损的纤维桩核冠三维有限元模型的建立

目的:建立下颌第一磨牙不同类型缺损及纤维桩核冠的三维有限元模型。方法:通过螺旋CT三维扫描方法,应用MIMICS10.01、Multiple Slice Edit、Calculae 3D、Edit Mask in 3D、Geomagic Studio、Ansys一系列操作软件,并按口腔修复学设计要求建立第一磨牙不同组织的三维有限元模型。结果:建立的烤瓷冠、纤维桩核、牙本质、牙骨质、牙周膜、牙槽骨等不同组织及各种牙缺损修复的三维有限元模型,准确、清晰、直观、完整、适合生物力学研究。结论:本实验建模方法科学先进、方便快捷,所建模型有良好的生物力学与几何力学相似性。为临床口腔提供了一种快捷而精确的有限元建模方法。