上颌牙列及牙槽骨三维有限元模型的建立

目的：探讨利用螺旋CT原始数据建立上颌牙列及牙槽骨三维有限元模型的数字化方法,建立一个具有生物力学特性的,包含牙髓腔的上颌牙列及牙槽骨的动态三维有限元模型。方法：利用自主建立的颅面复合体三维几何模型,选取上颌牙列和牙槽骨所在的局部层面,利用ANSYS10.0软件对所建体的模型自动划分有限元网格。结果：建立了包括完整牙列的上颌牙槽骨三维有限元模型,由805086个单元和150753个节点组成。模型具有良好的几何相似形及其生物力学特性。结论：应用螺旋CT薄层扫描、自编程序和有限元分析工具ANSYS10.0相结合的方法,建立了包含牙髓腔的上颌牙列及牙槽骨的动态三维有限元模型是一种精确度较高的方法。     

国人第 5 百分位女性行人下肢生物力学计算模型开发及应用

目的 预测与评估行人-汽车碰撞中小身材女性行人下肢的生物力学响应及损伤机制。 方法 基于符合国 人第 5 百分位女性特征的志愿者 CT 影像数据,重构具有详细解剖学结构的下肢几何模型,进行表面处理和网格化 后,构建下肢有限元计算模型。 重构动态三点弯曲尸体试验以及高速载荷下膝关节横向弯曲和剪切尸体试验,对 模型进行有效性验证。 应用该模型参照 Euro NCAP 技术公告 TB024 设置 4 组行人下肢-汽车碰撞仿真试验,探究 第 5 百分位女性行人下肢损伤机制。 结果 通过对比仿真试验与尸体试验结果,验证该模型具有较高的生物仿真 度。 在 4 种不同车型仿真试验结果中,SUV 车型对下肢损伤最轻。 小身材女性下肢股骨最易发生骨折,长骨最先 骨折,使得膝关节韧带未见损伤。 结论 本文所建下肢有限元模型作为国人第 5 百分位整人模型开发的一个重 要组成部分,为模型研发奠定基础。 研究结果对小身材女性行人损伤机制研究和行人保护装置研发有重要的应 用价值。     

步态水平对髋关节假体周围骨重建的影响

目的 针对髋关节置换术后患者步态运动水平变化,研究假体周围骨密度（bone mineral density, BMD）变化率的变化趋势,揭示置换初期、长期运动变化对骨重建的影响规律。方法 基于自适应骨重建理论,建立股骨-假体有限元模型,以术后初期、长期步态水平作为重建参数计算假体周围BMD分布,采用Gruen分区方法量化BMD的变化。结果 术后初期,恒定步态组与变化步态组BMD存在明显差异,最大差异发生在低步态组中,造成大转子区域BMD减小41%;步态运动提高促进假体近端、中端BMD变化,显著影响发生在大转子区域,造成BMD增加47%;术后长期阶段,步态运动提高促进假体中端、末端区域BMD恢复,BMD增加2%～9%。结论 研究结果为髋关节置换后患者康复过程提供指导。     

经颅直流电刺激治疗时颅内电场数值仿真

明确经颅直流电刺激（tDCS）治疗时颅内电场数值分布,有助于准确控制治疗处方剂量,确保颅内目标区的电场能够高于有效刺激阈值,提高治疗处方对病人治疗的有效性。本文采用商用工具软件COMSOL,完成颅内电场边值问题有限元数值解,计算出了tDCS治疗时颅内电场强度分布,并以图形化显示治疗处方在目标区域电场剂量的有效数值。本文介绍的方法可用于tDCS治疗处方方案优化研究,也可用于分析其它电刺激治疗是否形成有效刺激的电场强度。     

含有镍钛合金丝的PET纺织瓣膜有限元分析及体外流体力学测试

目的 利用有限元方法分析径向织入镍钛金属丝的涤纶（polyethylene terephthalate,PET）基纺织瓣膜力学性能,结合体外血流动力学测试,分析金属丝数量和分布形式对PET瓣膜流体动力学性能的影响。方法 使用建模软件构建在径向方向上具有不同数量和分布的金属丝PET瓣膜和无金属丝PET瓣膜三维几何模型;根据文献和实验数据给定PET瓣膜和金属丝的材料属性;使用体外脉动流实验得到PET瓣膜的跨瓣压差曲线作为边界条件;利用有限元分析软件研究瓣膜在心动周期内的应力分布;通过体外脉动流实验评估金属丝瓣膜的流体力学性能。结果 有限元分析结果表明,径向织入镍钛金属丝可以增强对PET纺织瓣膜的支撑作用,金属丝均匀分布的瓣膜在瓣叶腹部区域的支撑力及作用区域随着金属丝数量增加而增大,金属丝分布在两侧位置的情况类似。金属丝的织入一定程度上改善PET瓣膜上的应力集中。脉动流实验结果表明,织入金属丝PET瓣膜开闭形态的稳定性、有效开口面积、反流分数和跨瓣压差等指标均优于无金属丝的纯PET瓣膜。结论 在PET纺织瓣膜的径向方向织入金属丝可以有效减少心动周期内PET纺织瓣膜上的应力集中,降低PET纺织瓣膜因长期受拉伸应力而导致瓣叶撕裂的可能性。金属丝的织入可提升PET纺织瓣膜在体外流体力学测试中的开闭稳定性,在增加有效开口面积的同时降低PET瓣膜的反流分数和跨瓣压差。     

骨水泥不同分布对骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学影响:三维有限元分析

目的:在骨质疏松性椎体压缩性骨折（OVCFs）椎体成形术（PVP）中,病椎内骨水泥分布不充分、不对称,将影响手术效果及远期症状。本文研究椎体成形术中骨水泥在椎体内分布情况对术后病椎的应力影响。方法:利用志愿者椎体CT数据,建立T12~L2椎体有限元模型。模拟L1椎体OVCFs,行PVP。向L1椎体内注入骨水泥柱,骨水泥形成3组分布模式（骨水泥分布不充分组、分布充分组和分布不对称组,其中分布不对称组包括骨水泥偏上分布和偏下分布）。研究不同方向运动对术后L1椎体的生物力学影响。结果:（1）与骨质疏松的L1椎体应力相比,术后L1椎体松质骨中最大应力的分布主要集中于骨水泥周围的松质骨,而皮质骨中最大应力的分布没有变化。（2）与骨水泥分布充分组相比,不充分组L1椎体的松质骨和皮质骨的最大应力和最大位移均显著增加,而不对称组中松质骨的最大应力显著增加。（3）在不同方向的载荷条件下都能得到相似的结果。结论:（1）在OVCFs的PVP中,病椎骨水泥分布不充分会引起术后该椎体最大位移明显增加,导致术后疼痛未缓解。（2）病椎骨水泥分布不充分和分布不对称会引起术后病椎皮质骨及松质骨的最大应力明显增加,所以容易导致术后病椎的再次骨折。     

桡骨远端解剖型记忆聚合器治疗桡骨远端骨折三维有限元分析

目的：探讨桡骨远端解剖型记忆聚合器(anatomic distal radius Nitinol memory connector，DRMC)治疗桡骨远端骨折的记忆生物力学特性。方法：采用三维建模及有限元方法，分析计算DRMC固定桡骨远端骨折时在骨折断面及周围所产生的应力并构建记忆应力场。结果：桡骨远端DRMC持骨支产生轴向持骨力为14．66MPa，持骨支最大主应力值为40～70MPa，最小主应力值为3～7MPa，而加压支应力值相对较大，为20～40MPa。结论：DRMC在骨折线周围的应力分布合理，轴向持骨力有利于早期骨折稳定，加压支纵向加压及记忆效应的存在，可将被固定的废用段转化为生长段，促进骨折愈合。     

附件磨损对牙齿移动影响的有限元分析

目的 探讨隐形矫治中上颌尖牙矩形附件磨损对于尖牙移动的影响,为提高尖牙隐形矫治效率提供参考。方法 用获取的牙齿CBCT扫描数据,建立牙齿模型,并分别与磨损和完整附件组装。当矫治器对牙齿施加2°远中扭转、0.25 mm远中位移、0.1 mm压低位移和0.1 mm伸长位移后,比较磨损和完整附件组牙齿位移、牙周膜应力和牙根等效应力的变化。结果 用无托槽隐形矫治器对牙齿施加远中扭转和伸长位移力时,牙齿最大位移明显减小;磨损附件使牙齿在发生远中平移和伸长位移时,牙齿发生倾斜移动。磨损附件使牙齿受到远中扭转、远中平移、压低和伸长移动时,牙周膜最大主应力和牙根等效应力均减小。结论 附件磨损后会影响牙齿旋转和伸长的移动效率。当附件出现明显的磨损后,应该及时更换新附件,以保证附件能够正常发挥作用。     

解剖型钢板与锁定钢板固定Sanders Ⅳ型跟骨骨折的有限元分析

[目的]以有限元分析方法探讨钢板固定SandersⅣ型跟骨骨折的力学效果,并比较解剖型钢板与锁定钢板固定关节内跟骨骨折的效果.[方法]建立SandersⅣ型跟骨骨折模型分别以解剖型加压钢板和锁定钢板内固定三维有限元模型,研究不同内固定的von Mises应力分布、跟骨的von Mises应力分布、位移并比较跟骨及内固定模型应力峰值,分析骨折固定后生物力学稳定性.[结果]解剖型加压钢板固定的有限元模型骨端应力分布均匀,各部分最大应力值小于锁定钢板;解剖型钢板应力集中部位为钢板中后部,锁定钢板应力集中于钢板螺钉连接处;骨折端各部分位移差异较大,其中载距突位移最大.[结论]切开复位钢板内固定治疗SandersⅣ型跟骨骨折,关节内碎骨快可随足部负重而产生不同程度移位,存在较高创伤性关节炎的风险,建议采用一期外固定二期关节融合治疗;锁定钢板与解剖型加压钢板治疗关节内跟骨骨折各具优势,需要将二者的优势结合起来提高内固定的疗效.     

两种不同固位结构附着体义齿修复游离端缺失基牙及缺牙区牙槽嵴应力分布的比较

目的探讨不同固位结构的附着体义齿应力分布特点,为临床应用附着体义齿种类的选择提供依据。方法应用三维有限元的方法分别测定并比较应用键槽缓冲式附着体和柱状附着体修复下颌单侧游离端缺失基牙及牙槽嵴应力分布情况。结果键槽缓冲式附着体义齿对基牙产生应力值小于柱状附着体义齿,对缺牙区牙槽嵴应力大于柱状附着体义齿。结论键槽缓冲式附着体义齿较适合于基牙条件差的义齿修复,柱状附着体义齿较适合于缺牙区牙槽嵴条件差的义齿修复。