含完整牙列下颌骨生物力学模型的建立

目的:通过CT结合逆向工程软件建立含完整牙列的下颌骨三维有限元模型,为进一步生物力学研究奠定基础.方法:选择健康成年志愿者1名,X线检查无颌骨疾患,取得其下颌骨CT资料,利用Mimic及Geomagic软件建立成年人含牙列下颌骨三维有限元模型.结果:建立的含完整牙列下颌骨三维有限元模型精确反映了下颌骨外形及内部解剖特点,实现了对下颌骨不同结构的精确区分,共得到80047个单元,模型加载验证该模型的有效性.结论:该模型的建立,可有效实现对下颌骨的生物力学研究,更加接近临床实际要求.     

前路钢板置入固定治疗骶髂关节脱位的三维有限元分析

背景：已有文献报道骶髂关节损伤及固定的生物力学研究,但多是在尸体标本或人工骨模型上模拟骶髂关节损伤。 目的：利用三维有限元方法对骶髂关节脱位前路钢板内固定的垂直稳定性进行分析。 方法：在完整骨盆三维有限元模型的基础上,建立一侧骶髂关节脱位后前路钢板内固定模型。对模型施加500 N轴向载荷,经计算得到应力、应变及位移云图,并与完整骨盆的同一工况进行比较分析。 结果与结论：在内固定系统处出现了应力集中现象,尤其以靠近骶髂关节的螺钉周围应力最大,远远大于完整骨盆同一工况下的最大应力。应变以健侧骶髂关节最大,内固定侧骶髂关节无应变。位移以损伤侧骶髂关节处最大,约为完整骨盆的2倍。提示前路钢板内固定治疗骶髂关节脱位,骨盆在垂直方向上稳定性较差,且钢板螺钉处出现了应力集中现象。     

人工腰椎间盘置换术后上位关节突关节内应力变化的研究

目的　研究人工腰椎间盘置换术对上位相邻节段关节突关节内应力（FS）的影响,并与腰椎融合术进行比较,为人工腰椎间盘的临床应用提供理论依据。 方法　选取6具新鲜成人尸体的腰骶段（L2~S1）标本,将每具标本依次制作成L4/5椎间盘完整（对照组）、L4/5椎间盘置换和L4/5椎间融合模型,并依次进行生物力学实验,将压力传感器置入L3/4关节突关节,以400 N的恒定轴向载荷,±7.5 Nm的力矩模拟生理状态下轴向、后伸和左右侧弯4种运动,分别测量3种模型在各种运动下L3/4关节突关节内压力。 结果　在模拟生理载荷的各种运动下,人工椎间盘置换组与椎间盘完整组相比较,上位关节突关节内压力差异无统计学意义（P＞0.05）,而腰椎间融合组相对于椎间盘完整组和人工椎间盘置换组,上位关节突关节内压力均显著增加,差异具有统计学意义（P＜0.05）。 结论 人工腰椎间盘置换术后,上位相邻节段关节突关节内压力与正常腰椎相比无明显改变,而腰椎间融合术后,上位相邻节段关节突关节内压力则显著增加。     

头部钝器损伤实验与仿真分析

目的　为了研究头部在钝器作用下的生物力学响应及损伤机理。 方法　利用CT图像数据和MRI图像数据对头部骨骼与内部软组织进行几何重建,然后画分网格,构建颅脑有限元模型。另一方面,对连于躯干的头部标本进行10 m/s的低速冲击,测试冲击部位接触力、顶部应变及冲击的对侧（枕部）加速度。把构建的有限元模型导入MADYMO软件进行相同条件下模拟仿真,从输出模块里输出相应部位的结果。 结果　仿真结果表明模型的头部接触力、顶部应变、对撞侧加速度与头部标本冲击实验测得值能较好吻合。 结论　建立的头部有限元模型及采用的仿真方法可满足头部钝器损伤的仿真研究需要。     

镍钛记忆合金腕骨三角融合器有限元分析

目的　通过对腕舟骨、大小多角骨数字化重建,并运用大型有限元分析软件对两种镍钛记忆合金腕骨三角融合器（NT-STTAC）进行生物力学分析,为器械的临床应用提供参考。 方法　将IGS格式的两种融合器的三维图导入大型有限元分析软件ANSYS中,赋予相关材料力学性质,建立NT-STTAC有限元模型,并根据腕关节掌屈背伸时NT-STTAC受力情况模拟加载,分析比较模型各部分的不同应力、应变值及分布和压缩刚度的差异。 结果　在模拟NT-STTAC受力的情况下,分别从抗轴向拉伸力和抗轴向压缩载荷稳定性两方面分析,总体观察：实心的NT-STTAC刚度值在一定范围内稍强于镂空的镍钛记忆合金腕骨三角融合器（HNT-STTAC）,在其它节点位置两者基本持平,差别不明显。 结论　两种三角融合器的刚度值接近,整体力学稳定性基本持平,在一定范围内均能满足术后腕关节功能锻炼,HNT-STTAC可以很好的应用于临床。     

纤维桩核冠修复上颌中切牙三维有限元模型的建立

背景：建立有限元模型对缺损的上颌中切牙进行应力分析可为临床修复方法提供选择依据。 目的：建立纤维桩全瓷冠修复上颌中切牙的三维有限元应力分析模型。 方法：通过螺旋CT扫描、Mimics软件和Ansys软件建立冠缺损1/2的上颌中切牙采用纤维桩全瓷冠修复的三维有限元模型,模拟咬合加载,记录组织的Von Mises应力和最大拉应力。 结果与结论：建立了冠缺损1/2的上颌中切牙三维有限元模型,并模拟纤维桩核全瓷冠修复,与临床实际情况接近。运用螺旋CT、Mimics软件、Ansys软件能有效建立牙齿组织的三维有限元模型,模拟临床实际情况,并能以此演化为其他修复情况的模型。     

纳米羟基磷灰石/聚醚醚酮复合种植体受力的三维有限元分析

目的:评价纳米羟基磷灰石/聚醚醚酮(Nano-hydroxyapatite/Polyetheretherketone ,n-HA/PEEK)仿生种植材料受力时种植体及其周围骨组织的应力特征,为该种植材料的临床运用提供生物力学依据。方法:根据CT扫描数据及种植体产品数据建立包括牙槽骨、种植体的三维有限元模型,比较在150N垂直加载条件下n-HA/PEEK和钛种植体周围骨皮质及骨松质的应力分布。结果:两种材料应力分布规律:紧邻种植体颈部的骨皮质应力最大远离处逐渐减小,皮质骨内两种材料的表面最大应力有显著性差异(P<0.05)。负重时钛金属种植体其表面应力波动变化范围增大,容易形成应力集中。同骨组织具有相似弹性模量的n-HA/PEEK材料表面应力分布更均匀。结论:n-HA/PEEK材料更有利于将种植体所受载荷以应力的形式传递到周围骨组织中去,有利于保持骨结合面的长期稳定。     

两种植骨方式治疗L1椎体爆裂骨折的有限元研究

目的　建立L1椎体爆裂骨折的有限元模型,分析比较经椎弓根椎体内植骨和经椎管椎体内植骨的应力分布。 方法　通过CT扫描、Mimics三维重建、ANSYS前处理等方法建立胸腰段T12~L2有限元模型,据此建立L1椎体爆裂骨折后经椎弓根椎体内植骨和经椎管椎体内植骨加椎弓根钉棒后路固定模型。并对模型在前屈、后伸、侧弯和旋转下加载350N/8Nm,观察分析应力分布情况。 结果　正常胸腰段、L1椎体爆裂骨折、经椎弓根植骨和经椎管植骨模型的等效应力峰值如下,前屈：6.89、54.10、8.03、5.92 MPa;后伸：56.70、109.00、12.50、8.61 MPa;侧弯：6.83、47.50、11.30、3.60 MPa;旋转：23.80、112.00、13.10、7.65 MPa。未植骨时应力主要集中于螺钉的尾部和连接棒,植骨后应力明显降低,并向螺钉中部分散分布。 结论　两种植骨方式的模型均重建了伤椎的强度,增加即时稳定性,但经椎管椎体内植骨更充分、更有效减小内固定应力,增加其力学安全性,从生物力学角度是一种植得推广的术式。     

两种不同椎弓根螺钉内固定术式对腰椎稳定性影响的生物力学对比研究

目的　通过腰椎双侧椎弓根螺钉内固定与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定两种不同内固定生物力学对比,为临床在腰椎内固定手术术式提供支持。 方法　采用4具新鲜人体标本的L4、5脊柱功能单元,在生物力学试验机上分别测量每具标本手术前、双侧椎弓根螺钉固定后、单侧椎弓根螺钉固定结合对侧关节突螺钉固定后,在前屈、后伸、左右旋转及左右侧弯状态下的活动范围（range of motion, ROM）。 结果　双侧椎弓根螺钉与单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉两种内固定方式的6个方向的活动范围均小于术前,差异具有统计学意义（P <0.05）。与双侧椎弓根螺钉固定相比,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉在前屈、后伸、左侧（关节突螺钉侧）弯、右侧(椎弓根螺钉侧)旋状态下的活动范围差异无统计学意义（P >0.05）,在右侧弯及左侧旋状态下的活动范围差异具有统计学意义（P <0.05）。 结论　两种不同内固定方式均可明显增强腰椎功能单元稳定性,其中,单侧椎弓根螺钉结合对侧关节突螺钉固定相比较于双侧椎弓根螺钉固定,在左旋（关节突螺钉侧）及右侧弯（椎弓根螺钉侧）活动状态下略差。     

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.