纤维加强树脂夹板固定下颌前牙应力分布的有限元分析

目的:探讨不同牙周状况下,纤维加强复合树脂夹板固定前后的应力分布;为临床牙周夹板应用提供理论参考。方法:采用CT技术、计算机图像处理系统及有限元软件建模,研究不同牙周支持组织的下前牙纤维加强复合树脂夹板固定前后应力的分布。结果:下前牙的von Mises应力的最大值,随着牙槽骨吸收程度的增加,逐渐增大,中切牙和侧切牙的变化明显,尖牙平缓。但当牙槽骨吸收达根长的1/2或以上时,根尖的应力值急剧增大;戴用牙周夹板后,中切牙和侧切牙的应力值均减小,而尖牙的应力值增加。结论:牙槽吸收达根长的1/2或以上时,牙周组织缓冲能力降低,应采取牙周夹板固定,纤维加强复合树脂夹板能有效分散力至有富余潜能的牙齿上。     

带血管蒂大转子骨瓣转移治疗股骨头缺血坏死的生物力学研究

目的:应用三维有限元方法检测带血管蒂大转子骨瓣移植修复前后股骨近端的力学特性变化,验证该术式力学安全性及有效性,指导临床工作.方法:选取单侧ARCO Ⅲ期股骨头坏死并行带血管蒂大转子骨瓣移植患者,术前及术后6个月行股骨近段的螺旋CT扫描,应用专业医学建模软件MIMICS及HYPERMESH建立正常、坏死和修复三组三维有限元模型.应用有限元分析软件ANSYS模拟人体站立及运动等小同情况,设置边界条件和加载条件,执行计算.结果:三组模型大转子及股骨颈前方均表现为低应力低应变区;坏死模型可见部分压力骨小梁被破坏呈囊性变,其与正常骨小梁交接处存在应力集中;修复模型股骨近端的力学特性与正常模型相近,结果明显优于坏死模型.结论:带血管蒂大转子骨瓣转移方法治疗股骨头缺血坏死是安全、有效的.     

建立全腰椎有限元接触模型

目的 应用自编软件和HyperMesh软件并结合接触理论建立全腰椎有限元模型。方法 以正常自愿者全腰椎节段螺旋CT扫描图像的基础,利用自编软件和HyperMesh软件,生成全椎体的骨性有限元模型,补充建立终板、关节突软骨、椎间盘及韧带等结构,建立全腰椎有限元分析模型。引入接触理论处理上下关节突之间的面面接触问题。结果所建模型几何外型较真实,组织结构更完整,外观表现更细腻。生理载荷下的模拟结果与体外生物力学实验结果更加吻合。结论 利用自编软件和HyperMesh软件可以提高有限元模型建立的速度和准确度,引入接触理论可提高有限元模型的可靠性和真实性。     

全颈椎有限元模型的建立与验证

背景:有限元分析作为数值计算中的一种离散化方法,具有实验时间短、费用少、对身体无任何破坏、力学性能测试全面及可重复实验等突出优点.以往研究多将其集中应用于腰椎模型,由于颈椎解剖结构及损伤机制复杂,稳定性差等原因,颈椎有限元模型研究不多,并且研究只局限于单椎体和运动节段.目的:建立更为真实、有效的全颈椎三维有限元模型,用于临床生物力学研究.方法:对1名既往无颈椎病史健康男性志愿者的颈椎进行CT扫描成像,应用CAD造型软件Solid-Works2003、HyperMesh软件和ANSYS11.0软件,采用四面体网格划分方法,对颈椎周围组织赋予不同的材料特性,引入接触理论和非线性结构计算方法,建立全颈椎有限元模型.在所建模型上加载模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6种工况下的生理活动,并与生物力学实验数据进行对比.结果与结论:所建模型共有97 705个节点,372 896个单元.所建立模型在前屈/后伸、左右侧弯、左右旋转6种方向的运动范围,理论分析结果与生物力学实测数据高度一致.证实建立的全颈椎三维有限元模型细腻有效,具有良好的生物逼真度,可应用于临床生物力学分析.     

足踝部三维有限元仿真模型的构建及验证

目的:构建并验证足踝部三维有限元仿真模型,为足踝部生物力学研究提供可靠的数字化平台。方法:获取健康受试者的右下肢CT与踝关节MRI数据,综合应用Mimics、Solid Works以及Hyper Mesh三个软件构建3D渲染模型、实体模型以及有限元模型,在ABAQUS软件中对标准站立中期进行仿真分析,与相关文献对比验证模型的有效性。结果:整个模型共由205 203个单元和48 748个节点组成,包含了30块骨骼、113条韧带、各关节软骨以及外围软组织。仿真分析结果:足底压力峰值为0.35MPa,跖骨应力峰值为8.90MPa,距骨、跟骨、骰骨以及舟骨等的应力峰值分别为5.72MPa、7.63MPa、4.79MPa、5.40MPa。分析结果与相关文献数据基本一致。结论:本模型具有良好的生物相似性,各组织结构在仿真分析中均能很好的发挥各自的功能,其有效性得到充分验证,可作为足踝部生物力学研究、模拟各种足踝部损伤以及内固定术式的可靠数字化平台。     

步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头影响的三维有限元分析

背景：目前对于日常生活中步幅及髋关节外展角度大小是否会对坏死股骨头影响认识不多,也缺乏相关的实验研究。目的：应用三维有限元方法分析步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头应力分布的影响。方法：选取1例男性ARCOⅡ期股骨头坏死患者行股骨近段螺旋CT扫描,应用专业医学建模软件MIMICS及HYPERMESH建立三维有限元模型。设置边界条件和加载条件,应用有限元分析软件ANSYS执行计算。结果与结论：随着步幅的加大（0～60°）,外展角度增加（0～10°）,股骨近段应力分布改变最大应力值逐渐增大,提示步幅及髋关节外展角度的大小能够影响股骨头应力分布,股骨头坏死患者日常治疗生活及功能练习时应减小步幅及外展角。     

步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头影响的三维有限元分析*

背景：目前对于日常生活中步幅及髋关节外展角度大小是否会对坏死股骨头影响认识不多,也缺乏相关的实验研究。 目的：应用三维有限元方法分析步幅大小及髋关节外展角度对坏死股骨头应力分布的影响。 方法：选取1例男性ARCO Ⅱ期股骨头坏死患者行股骨近段螺旋CT扫描,应用专业医学建模软件MIMICS及HYPERMESH建立三维有限元模型。设置边界条件和加载条件,应用有限元分析软件ANSYS执行计算。 结果与结论：随着步幅的加大(0~60°),外展角度增加(0~10°),股骨近段应力分布改变最大应力值逐渐增大,提示步幅及髋关节外展角度的大小能够影响股骨头应力分布,股骨头坏死患者日常治疗生活及功能练习时应减小步幅及外展角。关键词：步幅;股骨头坏死;三维;有限元;外展角 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.17.004     

股骨转子间骨折髓内钉固定的有限元分析

[目的]研究股骨近端髓内钉生物力学参数对股骨转子间骨折固定的影响。[方法]利用Mimics完成股骨近端髓内钉置入骨折模型的三维几何重构,并在Hypermesh中建立两种骨折模式的有限元模型,利用Abaqus分析头颈拉力螺钉处于不同置入位置、不同头颈拉力螺钉与髓内钉的角度、不同髓内钉进针点下的骨折固定效果。[结果]头颈拉力螺钉与髓内钉的夹角为130°时,髓内钉进针点在股骨转子尖处,头颈拉力螺钉位于股骨颈中下1/3处,两种骨折模式固定方案具有比较好的生物力学性能;当头颈拉力螺钉与髓内钉夹角为125°时,髓内钉进针点在股骨转子间窝处,头颈拉力螺钉位于股骨颈中上1/3位置处也具有较好的固定性能。[结论]针对不同的骨折模式,选择对应的生物力学固定参数可以获得较好的固定稳定性。     

颈椎三维有限元模型的建立方法与评价

有限元分析法是用于结构分析的矩阵方法,将一个由无限个质点构成并且有限个自由度的连续体划分成有限个小单元所组成的集合体。应用有限元分析法可对颈椎在生理、病理以及不同治疗条件下的生物力学特性进行分析,本文详细阐述了建立颈椎有限元模型的四项基本原则(解剖轮廓、材料特性、边界条件和模型验证)及其实现方法,展望了有限元法应用于颈椎生物力学研究的前景。     

骨折内固定中钢板位置对钢板刚度影响的理论分析和数值模拟

分别采用复合梁理论分析方法和有限元数值计算方法，研究骨折内固定手术中钢板位置对钢板刚度以及应力状况的影响，得到了与临床情况相符的力学分析结构，并给出定量的比较和应力分布数值结果，最后得出了有益于内固定手术的指导性结论。