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.     

跟骨骨折的有限元模型建立

目的探讨建立跟骨骨折有限元模型的方法。方法采用志愿者踝部应用CT扫描技术,分别用Mimcs10.0分离出左侧跟骨点云图,下一步用Solidworks2010制作实体和模拟六部分跟骨骨折进行截骨和零件组配完成模型建立,插入爆炸图制作形象化骨折模型,导入Ansys12.1,进行无骨折跟距关节面和跟腱部分别640N、320N和320N、160N载荷进行位移和应力两项静力分析进行验证。结果选择建立的三维有限元模型几何形状与材料特性的还原性良好,可以准确反映骨折的移位情况。结论采用CT扫描资料建立的三维有限元模型切实可靠,有助于跟骨骨折的手术方案设计。     

先天性马蹄内翻足矫形后距、舟骨畸形的病理及三维有限元分析

目的：探索先天性马蹄内翻足（CCF）经矫形后距、舟骨畸形的病理成因与生物力学基础。方法：在动物模型的基础上建立足内侧纵弓和外侧纵弓的三维模型，用有限元方法建立正常足与CCF内侧纵弓的生物力学模型。结果：距骨在胚胎阶段即出现发育不良，距骨、跟骨间重叠不良和跟骨内翻；正常足与异常足第2序列的应力主要集中于第2跖骨与足底腱膜。足弓结构异常、跖筋膜切断都将加剧应力集中程度、增加足弓背屈变形，应力传导导致舟骨、距骨变形。结论：CCF在胚胎发育期即有足的马蹄内翻且畸形程度随生长发育而逐步加重，距骨在胚胎阶段即出现发育不良。距、舟骨继发畸形与经矫形后应力集中、足弓背屈变形有关。     

微植体支抗-骨界面的生物力学研究及微植体颈部优化设计探讨

目的 分析比较在正畸力载荷作用下,不同的微植体-骨界面的应力分布规律,为优化设计微植体的颈部构型提供依据.方法 螺旋CT扫描一完整成人干颅,采用Mimics软件三维重建,再导入ABAQUS6.5有限元分析软件,建立了初始稳定态、完全骨结合以及纤维骨性固位三种不同微植体-骨界面状态下的三维有限元模型,施加大小为2N的相同载荷并计算分析三种界面的应力分布情况.在微植体颈台以下1.5 mm范围内将其直径增粗0.2 mm,再对比计算分析三种界面上微植体颈部构型改变前后的应力分布状态变化情况.结果 在三种微植体-骨界面状态下,微植体周围的应力都主要集中分布在颈部,其中完全骨结合的微植体-骨界面应力分布水平最低.微植体颈部经优化设计后,三种微植体-骨界面状态的颈部应力分布水平都有较大幅度的降低.结论 不同微植体-骨界面状态,以及微植体颈部(骨皮质部)直径均是影响微植体周围应力分布水平的重要因素.     

基于复合人工股骨的有限元模型构建及有效性验证

目的:建立复合人工股骨的有限元模型并对其进行有效性验证.方法:采用SAWBONE第4代复合人工股骨模型及正常人股骨尸体标本CT断层扫描数据各1例对股骨进行三维重建,重建出包含皮质骨、松质骨和髓腔结构的复合人工骨实体模型及正常人股骨三维模型共2组,并模拟股骨站立位状态下受到的轴向压缩载荷,对2组模型设定相同的边界条件,对比2组模型的应力分布情况并与国外文献数据进行模型的有效性验证.结果:复合人工股骨有限元模型应力分布情况与既往文献数据较为一致,而尸体标本股骨总体应力分布显著低于人工股骨模型.结论:复合人工股骨在有限元分析结果方面与既往文献存在较好的一致性,可用于股骨生物力学研究及骨科植入物的生物力学评估,且在材料来源以及个体化解剖差异因素方面相比尸体标本具有明显的优势.     

基于复合人工股骨的有限元模型构建及有效性验证

目的:建立复合人工股骨的有限元模型并对其进行有效性验证.方法:采用SAWBONE第4代复合人工股骨模型及正常人股骨尸体标本CT断层扫描数据各1例对股骨进行三维重建,重建出包含皮质骨、松质骨和髓腔结构的复合人工骨实体模型及正常人股骨三维模型共2组,并模拟股骨站立位状态下受到的轴向压缩载荷,对2组模型设定相同的边界条件,对比2组模型的应力分布情况并与国外文献数据进行模型的有效性验证.结果:复合人工股骨有限元模型应力分布情况与既往文献数据较为一致,而尸体标本股骨总体应力分布显著低于人工股骨模型.结论:复合人工股骨在有限元分析结果方面与既往文献存在较好的一致性,可用于股骨生物力学研究及骨科植入物的生物力学评估,且在材料来源以及个体化解剖差异因素方面相比尸体标本具有明显的优势.     

种植修复上部义齿不同牙尖斜度设计的三维有限元分析

目的 :通过对种植修复上部义齿9种不同牙尖斜度设计的三维有限元分析 ,研究单颗种植修复上部义齿牙合面牙尖斜度的优化设计。方法 :利用ANSYS有限元分析软件建立包括下颌骨、种植体及9种不同牙尖斜度设计的上部义齿的三维有限元模型 ,在牙合面上施加两种面载荷 ,比较不同加载方式下不同设计的种植体周围应力分布。结果 :种植体与上部结构交界处、种植体颈部、种植体根尖区、种植体颈部周围骨皮质、种植体根端周围骨松质是应力集中区 ,应力最大值在种植体与上部结构交界处。结论 :不同牙尖斜度设计的种植体上部结构中 ,25°以上牙尖斜度的设计造成种植体颈部折断的危险性显著增加 ,临床设计时应控制在25°牙尖斜度以内     

种植体直径对颧骨种植义齿骨界面应力分布的影响

目的：探讨种植体直径对颧骨种植义齿骨界面应力分布的影响,阐明种植体直径与颧骨种植义齿远期成功的相关性。 方法：建立上颌骨、颧骨三维有限元模型,设计3种不同种植体直径（3.5、4.0和5.0 mm）的颧骨种植义齿工况,进行垂直向、斜向加载,分析种植体-骨界面的应力分布状况。 结果：建成的三维模型从任意角度观察与CT图像具备良好的几何相似性;3种不同直径的种植体骨界面的应力峰值比较：直径为3.5 mm　时最大,直径为4.0 mm时次之,直径为5.0 mm时最小,随种植体直径由小变大（3.5 mm→4.0 mm→5.0 mm）,与种植体接触的上颌骨牙槽嵴顶区最大拉应力值和最大压应力值、与种植体接触的上颌
窦顶颧骨区最大拉应力值和最大压应力值均逐渐减小;上颌骨牙槽嵴顶区骨界面应力明显高
于颧骨区骨界面应力,最大压应力值均大于最大拉应力值。 结论：颧骨种植义齿其种植体
的直径增加可以使应力分布更趋分散,临床应考虑选用粗直径的颧骨种植体。     

股骨近端骨缺损与骨折相关性的有限元分析

目的 建立股骨近端不同缺损三维有限元模型,分析研究股骨近端在慢步行走步态周期中的局部应力及应变,估计骨折可能范围,为临床于作提供理论依据.方法 通过CT扫描股骨全长建立股骨近端3种缺损情况下的三维有限元模型,模拟下肢慢步行走负荷加载,分析股骨近端小转子区、转子间区和股骨颈骨缺损的应力变化.结果 ①小转子中点水平的股外侧...     

不同加载角度下经双皮质骨固定的锥状螺纹种植体骨界面应力分布的三维有限元分析

目的:评价双皮质骨固定法植入的种植体的生物力学相容性。方法:建立锥状螺纹种植体的计算机模型,运用三维有限元分析软件分析不同加载角度下经双皮质骨固定的锥状螺纹种植体骨界面应力分布。结果:皮质骨应力峰值出现在舌侧嵴顶部,即种植体颈部区域,采用双皮质骨固定法相比于传统植入法,皮质骨应力峰值减小了47.92%,且相同区域的骨应力分布明显减小。结论:锥状螺纹种植体使用双皮质骨固位法植入,具有良好的生物力学性能。     

Stress analysis of three-dimensional finite element model of malunion calcaneus during gait

Ithasattractedagreatresearchattentiontotheanatomicalreconstructionofcalcaneusfollowingintra artic ularfracturesinrecentyears .Themainfeaturesofthecal caneusfollowingintra articularfracturesarethedisruptionoftheposteriorfacetofthesubtalarjoint,reductionofBoёhlerangle ,increaseinwidthanddecreaseinlengthofcalcaneusbody .Thepresentstudytrytosimulatethedis ruptionoftheposteriorfacetbyfiniteelementmodelandanalyzethestressdistributionofcalcaneusandtalusduringgait.MATERIALSANDMETHODS　　Dataa…     

胸腰段三维有限元模型的建立

目的：研究建立胸腰段活动节段三维有限元的模型.方法：选取一具正常人体T10～S1节段标本为研究对象,通过CT扫描获取脊柱的二维图像,然后进行三维重建,转化为有限元几何模型.通过有限元方法,将脊柱几何模型网格化转变为T10～L3活动节段有限元模型,然后应用ANSYS6.0软件对模型在轴向载荷状态下进行应力分析.结果：建立T10～L3活动节段的有限元模型,并分析了轴向载荷下T12～L1节段不同组成部分的应力分布.结论：为胸腰段活动节段三维有限元模型的建立提供了一种简便、精确的方法,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.     

组配式人工半骨盆假体在步行周期载荷下的有限元分析

目的：利用有限元方法对步行周期动载荷下组配式人工半骨盆假体重建进行受力分析,明确耻骨连接板对重建骨盆应力分布的影响。方法：建立骨盆三维有限元模型,将时间-髋关节接触力曲线导入有限元计算软件Abaqus 6.7中对载荷进行定义,计算步行周期17％, 36％, 43％, 86％共4个特征时间点的von Mises应力分布云图,明确假体系统不同时相下应力集中的位置。通过计算有耻骨连接板和无耻骨连接板两种重建情况下骨盆应力分布差别,计算特征时间点髂骨固定部件的位移、应力数值;比较横向固定螺钉应力,明确耻骨连接板对半骨盆假体稳定性的影响。结果：在整个步行周期下,假体系统应力及位移峰值均出现在单腿负重期,即步行周期的17％～36％。耻骨板可以使步行周期的17％（患侧站立中相）及86％（健侧站立中相）骨盆环应力分布更为均匀,髂骨固定部件在有、无耻骨板重建的情况下应力峰值平均为148.5 MPa及270.1 MPa（P=0.04）;两种情况下,髂骨固定部件绝对位移平均为9.3 mm及11.7 mm（P =0.03）,耻骨板可以降低髂骨固定部件应力水平50％,降低螺钉应力水平24％。半骨盆假体相对于截骨面的相对位移在两种情况下差别没有统计学意义（P =0.41）。结论：半骨盆假体在整个步行周期中稳定性较好,可以满足日常行走功能要求。耻骨板对于整个半骨盆系统的稳定性起着十分重要的作用,可以有效地降低整个系统的应力峰值。     

下颌骨颏部正中牵张成骨过程中颞下颌关节的应力分布

目的：建立包括下颌骨的颞下颌关节(TMJ)三维有限元模型，分析该模型在下颌骨颏部正中牵张成骨过程中颞下颌关节的应力分布特征．方法：以活体人颅为标本，用螺旋CT扫描技术、图形数字化处理在计算机上建立模型，然后在下颌骨颏部正中行水平加载，采用ANSYS6．1有限元分析软件进行分析．结果：建立了包括下颌骨的TMJ有限元模型，在此模型上进行下颌骨颏部正中牵张成骨的力学加载，此时颞下颌关节的应力分布表现为：随着加载力值的增加，关节内压应力、拉应力的大小也随着增加，但分布区域不变．压应力和拉应力均表现为外侧高于中、内侧．结论：在下颌骨颏部正中行牵张成骨时，结果提示TMJ内最大压应力部位在髁突软骨的外后，最大拉应力部位在髁突软骨的内前，对进一步研究牵张成骨过程中颞下颌关节的生物力学问题提供依据．     

利用CT扫描及CAD技术建立第3～7颈椎三维有限元模型

目的：探讨3～7颈椎有限元模型的建立，以期应用于临床实验研究。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，构建3～7颈椎三维有限元模型。并通过有限元分析验证重建模型的有效性。结果：采用Unigraphics V18．0软件建立3～7颈椎的实体模型并划分单元，并分析了生理载荷下3～7颈椎不同组成部分的应力分布。结论：为颈椎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生物力学表现创造了条件。     

颧上颌骨复合体骨折坚强内固定三维有限元模型的建立及其初步分析

目的:建立生物相似性和力学相似性较高的颧上颌骨复合体骨折坚强内固定三维有限元模型,为进一步分析颧上颌骨复合体骨折坚强内固定的固定效果打下基础。方法:用螺旋CT断层扫描技术及ANSYS有限元软件在计算机上建立颧上颌骨复合体三维有限元模型。在此模型中,改变骨折处单元的属性模拟骨断层;并进一步在颧上颌骨复合体骨折模型的基础上建立坚强内固定三维有限元模型。利用此模型对正中咬合情况下颧上颌骨复合体的应力分布进行了初步分析。结果:建立了颧上颌骨复合体不同部位的坚强内固定三维有限元模型。结论:该方法可以用来建立各种类型的颧上颌骨复合体坚强内固定三维有限元模型,并可应用于颧上颌骨复合体骨折等方面的研究。     

锁骨三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的:建立正常锁骨有限元模型,并模拟锁骨轴向受力状态下应力分布及应变特征,为锁骨的生物力学研究提供数值分析模型.方法:通过CT扫面正常成年男性右侧锁骨,获得连续断层图片,导入Simpleware医学建模软件生成实体模型后,应用通用有限元分析软件ANSYS 10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型.约束边界条件,模拟锁骨轴向受力状态进行加载,得出锁骨有限元模型上的应力分布与应变结果.结果:建立的锁骨有限元模型节点共62 182个、四面体单元40 878个.锁骨在轴向载荷状态下应力集中主要位干锁骨干中1/3区域,且下表面应力集中现象较上表面明显.结论:应力分析结果解释了锁骨骨折好发于中1/3的原因,并且发现主要应力集中于下表面,锁骨产生断裂的弯矩位于冠状面,提示临床内固定治疗锁骨中段骨折时,钢板放置于上表面能有效抵抗产生的弯矩,避免内固定失败.有限元分析法可较好分析锁骨的生物力学特点.     

大鼠磨牙三维有限元模型的建立

目的 :建立大鼠磨牙的三维有限元模型 ,探讨牙及牙周组织的应力分布状况。方法 :采用Sprague Dawley大鼠 2 0只 ,建立大鼠磨牙正畸移动的动物模型 ,制作大鼠上颌第一磨牙牙周连续切片 ;采用计算机技术 ,重建牙及牙周组织三维形态、结构 ,并建立其三维有限元模型。结果 :组织切片的应力分布显示牙周膜是一种存在于两种硬组织之间的软组织 ,有其特有的应力分布状态。结论 :本研究建立的正畸大鼠磨牙三维有限元模型是观察正畸牙移动过程中分析应力的一种简便、准确、可靠的模型及方法。     

套筒冠与卡环固位型义齿修复末端游离缺失的应力分布比较

目的 通过模块化方式建立套筒冠及可摘局部义齿的三维有限元模型,比较三种修复体的应力分布特点。方法 调用正常牙列模型库编辑建立双侧末端游离缺失的牙列模型,在固定义齿模型库及可摘局部义齿模型库基础上,借助DELL Precision图形工作站,利用UG 5.0、HyperMesh 7.0和Abaqus 6.5软件,建立套筒冠义齿及近中支托和远中支托的可摘局部义齿三维有限元模型,进行有限元力学分析和比较。结果 在套筒冠义齿,基牙牙根及牙周膜、牙槽黏膜和牙槽骨的应力分布均匀,其牙根受力最大值（6.205 MPa）明显小于其他两种可摘局部义齿设计（分别为18.41 MPa和34.49 MPa）。结论 采用套筒冠设计修复双侧末端游离缺失病例,具有应力分布均匀,基牙受力较小的优点,有利于基牙及周围组织的健康。