腰椎弹性内固定与刚性内固定的应力对比研究

目的:通过有限元的方法评价自行研制的腰椎"U"型弹性内固定器的力学特性,并与传统的刚性内固定器进行比较.方法:选择一名成年患者腰椎标本,以L4～5节段为研究对象,采用64排螺旋CT对其进行层厚1.0 mm的连续水平扫描,将所得图像进行轮廓提取和阈值分割后,借助三维重建软件Mimics11.1、Simpleware和有限元软件Abaqus 6.51软件,建立L4～5节段三维非线性有限元模型.同时根据椎弓根螺钉、连接棒的几何尺寸,力学参数,分别建立两种不同内固定器的有限元模型.然后分别施加压缩、前屈、后伸、侧屈及旋转等各种生理载荷,观察各模型不同载荷下螺钉、连接棒的应力分布.结果:两种内固定器的椎弓根螺钉前、中部的应力差异无统计学意义(P>0.05);刚性固定的椎弓根螺钉与棒连接处是应立集中的部位,该部位的应力远大于弹性固定器,而弹性内固定应力集中的部位均匀的分布于整个U型连接棒上,两模型固定节段螺钉及棒的最大有效应力均出现于前屈时.结论:在加载相同的纵向载荷条件下,刚性内固定器应力主要集中在螺钉与棒交界处,容易易发生螺钉断裂,U型弹性内固定器的应力均匀分布在U型连接棒上,可以减少断钉的现象发生.  

腰椎间盘退变及腰椎融合的有限元研究进展

退变椎间盘腰椎有限元模型即通过椎间盘材料特性及形态结构的改变模拟椎间盘退变的病理过程。椎间盘退变后椎间盘刚度的增加对腰椎应力分布有明显的影响。椎体融合器植入后椎体的应力变化与融合器的形态、材料特性以及松质骨、终板的密度密切相关。  

盖膜与内毛细胞静纤毛相互作用的生物力学分析

目的 探讨在Corti器振动过程中盖膜与内毛细胞静纤毛的相互作用关系;进一步阐明感音传导过程中,内耳Corti器微观结构可能的存在状态.方法 以豚鼠耳蜗底回Corti器的电镜图像为原型,建立盖膜与内毛细胞最长静纤毛接触和不接触的两种二维计算模型各一个,并作力学分析比较.结果模拟Corti器振动过程.在相同剪切流的压力作用下,静纤毛在不接触盖膜时表现偏移度较大;两种模型均表现在静纤毛顶连接及小根基部应力较高、固有频率近似.结论静纤毛在不与盖膜直接接触时更容易受兴奋性刺激.  

有限元分析优化设计人工颈椎复合关节系统球窝关节

目的 对人工颈椎复合关节系统球窝关节进行优化设计。方法 建立人工颈椎复合关节系统的三维模型，并采用有限元方法对其进行网格划分；设置球窝零件球柄高度的尺寸的变化范围，模拟假体系统在体负载情况；对模型进行优化设计分析，对不同尺寸特征的复合关节系统进行应力、应变分析，并评价系统安全系数。结果 系统最大Von mises应力出现在该装置前屈位球柄和基底部相接处，并随球柄高值增大，最小安全系数呈近似抛物线变化。结论 综合考虑系统的稳定性和活动度需要，认为当球柄高为6.0 mm时，球窝关节结构最优。  

骶骨部分切除术后骨盆重建的三维有限元分析

目的　研究骶骨部分切除术后骨盆重建的生物力学特征。方法　分别构建完整骨盆。经S1、S2之间施行骶骨部分切除术后的缺损骨盆和重建骨盆的三维有限元模型。模拟人体坐位时的负荷，研究3种模型的位移与应力分布变化。结果　得到了三个模型中骶岬前方参考点在垂直方向的位移值及整个模型和重建器械的应力分布情况。结论　骶髂关节部位的重建可以增强骶骨部分切除术后骨盆的稳定性，并改变骨盆应力分布，降低骶器关节应力峰值，减少术后骨盆破坏的风险。L5椎弓根螺钉与髂骨钉之间的钛棒发生断裂的风险较大，提示术中应当重视弯棒操作，避免钛棒过度成角，防止应力过度集中，减少断棒的危险。  

腰椎小关节的生物力学研究：三维有限元分析

作者对于腰椎小关节进行了三维有限元分析。结果表明,腰椎小关节在直立位、前屈位和后伸位时,均出现明显的应力集中。而腰椎间盘退变时,其应力水平又较正常时升高。作者认为,腰椎小关节过载可能是引起腰背疼痛的原因之一。腰椎间盘退变可使小关节承载加大。引起小关节的一系列病理变化,进而导致神经根管狭窄及神经根卡压。  

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的　研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响 ,寻找符合生物力学原理的最佳内固定方式 ,为临床应用提供理论依据。方法　在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型 ,导入ANSYS 5 7建立有限元模型。在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为 5 0°的经颈型骨折模型施加载荷 ,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果 ,并找出最佳固定角度 ;对该最佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析 ,评价不同固定方式的优劣。结果　单钉固定时当固定角度为 5 0°时 ,各参数同时达到最小值 ,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果 ;如采用多钉固定 ,两钉横放效果最差 ,两钉竖放抗扭性较差 ,两钉斜放和三钉固定时力学环境好。从临床实用角度综合分析 ,单钉固定力学效果较好 ,且操作简单。结论　不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响。  

血管支架在真实狭窄血管模型中扩张过程的模拟研究

目的 研究血管支架在真实狭窄血管模型中不同扩张阶段的形变与受力特性，为支架的介入治疗与设计提供科学的参考意见。方法 利用三维建模方法构建患者颈动脉血管模型以及斑块模型，利用Pro/E软件构建1种I型血管支架；在ABAQUS/Standard软件中分析支架在真实狭窄血管模型中径向扩张（第1阶段）和径向收缩（第2阶段）的扩张过程，同时建立斑块与血管为一体的对比实验。结果 在第1阶段，支架发生径向扩张，支架与斑块和血管内壁接触面积最大，支架、斑块、血管壁所受应力最大值分别为515.000、2.482、1.053 MPa；在第2阶段，支架发生径向收缩，形成“狗骨效应”，支架与血管壁之间形成较多的间隙，支架、斑块、血管壁所受应力最大值分别为464.500、0.954、0.316 MPa。在对比实验中，狭窄血管与支架在第2阶段所受应力最大值分别为0.9、414.1 MPa。结论 相对于对比实验，区分血管组织成分的模型更符合狭窄血管的真实情况，更能真实反映血管与支架的受力情况；在第1阶段支架对于斑块及血管内壁造成的损伤最大，在第2阶段支架的“狗骨效应”是造成支架与斑块、血管间产生空隙的重要影响因素。研究结果对支架在介入治疗中的选择与支架的改进设计具有指导意义。  

椎板不同切除范围对腰椎生物力学影响的有限元分析

建立全腰椎有限元模型,模拟三种后路手术方式,分析不同椎板切除范围对腰椎生物力学的影响。综合利用三维重建自编软件和Hyper Mesh软件,建立腰椎(L1-L5)有限元模型并与前人所作体外实验数据比较,验证本模型的有效性。在此基础上模拟全椎板切除、半椎板切除及椎板开窗减压术,比较减压节段的运动范围及相应椎间盘的应力改变。L3-4、L4-5节段后部结构切除后,腰椎运动范围与椎板切除大小成正比,纤维环应力最大变化发生在前屈、后伸和左右旋转运动时,而在侧屈运动时无明显的变化。腰椎运动范围的增加与腰椎后部结构的切除程度有关。在彻底减压的同时,最大程度的保留腰椎后部结构,可以减小术后椎间盘应力,减轻关节突等结构的进一步退变。  

Mechanical interactions of cuspal-coverage designs and cement thickness in a cusp-replacing ceramic premolar restoration: a finite element study

The aim of this study was to investigate the biomechanical interactions between cuspal preparation designs and cement thickness in a cusp-replacing ceramic premolar restoration. The cavity was designed in a typical MODP (mesial-occlusal-distal- palatal) restoration failure shape when the palatal cusp has been lost. Twelve 3D finite element (FE) models with four cavity preparations (without coverage and with buccal cuspal coverage in 1.0, 1.5 and 2.0 mm reducing in cuspal height) and three cement thicknesses (50, 100 and 150 μm) were constructed to perform the simulations. The results indicated that enamel and cement stresses in designs with no buccal cusp replacement or a 1.0 mm thick buccal cusp replacement were higher than the designs with 1.5 and 2.0 mm thick replacement. No apparent differences were found in the dentin, enamel, and cement stresses based on cement thicknesses of 50, 100, or 150 μm. This study concluded that when cusp replacement is indicated, reduction of the buccal cusp by 1.5 mm at least could reduce stress.