提拉旋转斜扳法操作时腰椎椎间盘应力及应变的有限元研究

目的　通过有限元分析方法,观察提拉旋转斜扳法操作时椎间盘应力及应变发生的变化规律,探寻手法治疗腰椎疾患的科学性和安全性。 方法　在构建的L4~5节段腰椎模型上模拟加载提拉旋转斜扳手法,观察手法作用过程中椎间盘应力的分布及变化,髓核及纤维环的位移及应变。 结果　椎间盘应力变化从右后方开始出现,以弧形向周围传递扩散,应力的变化呈递减分布。椎间盘应变最小的位置在髓核偏后,以此为中心呈圆弧状向周围递增。应变最大的位置主要发生于纤维环,特别是椎间盘右侧外缘。 结论　手法操作中应力主要集中于后侧关节突关节,椎间盘的应力变化相对较小,提示手法治疗是安全的。纤维环后外侧在操作中有较明显的应变,局部的位移变化可能是手法疗效的机制之一。     

钢板骨折区增加螺钉帽对胫骨骨折内固定影响的有限元分析

目的　探讨固定胫骨骨折时骨折区钢板置入螺钉帽对固定结构生物力学性能的影响。 方法　通过CT扫描数据和三维图像重建,模拟临床手术固定建立胫骨中段粉碎性骨折锁定钢板固定有限元模型,13孔钢板布钉位置为1、2、4、5、9、10、12、13孔,骨折区钉孔为6,7,8,并设计两种钢板固定方式：A（骨折区置入螺钉帽）和B（骨折区不置螺钉帽）,对模型A和模型B分别进行600N压缩试验和1000N三点弯曲试验,计算分析模型各部位的力学指标并进行比较分析。 结果　压缩试验中,模型A钢板最大应力出现在钢板下端,模型B钢板最大应力出现在骨折区,模型A钢板最大应力明显小于模型B;三点弯曲试验中,两种模型钢板最大应力均出现在骨折区,模型A钢板最大应力明显小于模型B。 结论　在钢板骨折区空螺钉孔处增加螺钉帽,可以明显降低钢板的最大应力,减少钢板骨折区的应力集中,从而减少在骨折端处钢板发生疲劳性断裂的风险。     

铸造桩核修复重度缺损上颌第一磨牙三维有限元模型的建立

目的探讨铸造桩核修复重度缺损上颌第一磨牙三维有限元模型的建立方法。方法对上颌第一磨牙样本模型进行两方位多层CT扫描，采用Mimics软件和Ansvs软件，结合Freeform触觉设计系统之自由造型软件建立铸造桩核冠修复重度缺损上颌第一磨牙的三维有限元模型。结果成功建立形态逼真、结构层次清晰的三根铸造桩及核修复重度缺损上颌第一磨牙三维有限元模型。结论改进CT扫描方式可增加样本图像信息量的获取：Mimics和Ansys建模软件结合应用可提高三维有限元模型的精确度：Freeform自由造型软件可用于建立复杂桩核修复系统的三维模型。     

垂直载荷作用下骨盆的三维有限元分析

背景：目前对骨盆的力学分析还处于极其粗糙阶段，而有限元法因其具有不受样本量限制，实验误差小，重复性好等优点，正日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。 目的：建立正常骨盆的三维有限元模型，分析骨盆在垂直载荷作用下的应力／应变和位移分布。 设计、时间及地点：三维有限元分析，单一样本观察。于200703／09在南方医科大学生物力学实验室完成。 材料：健康成年男性志愿者1例进行PET—CT扫描，层厚1FfLrn，得N-维原始图像以DICOM格式输出。 方法：应用Mimics、Freeform、ANSYS等软件进行三维重建，并建立正常骨盆的有限元模型。模拟人体双腿直立位的生理姿势，对模型施加500N轴向载荷。具体方式为约束双侧靛臼，向骶骨椎体上表面垂直加压，压力均匀分布于各个结点。 主要观察指标：计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。 结果：垂直加载500N载荷于骶骨上表面时，应力经两侧骶骨翼、骶髂关节，斜向下方经过坐骨大切迹附近，髂骨中央弓状线，传导至两侧髋臼。骨盆前环即耻骨支和耻骨联合受力较小。应变集中在两侧骶髂关节，绝对值很小，前方的耻骨联合处应变极小，呵忽略不计。位移以骶骨背侧的骶正中嵴处最大。 结论：正常骨盆是一个非常稳定的力学结构。过大的垂直应力容易引起骶骨或骶髂关节受损导致骨盆的垂直稳定性下降；恢复骶骨至髋臼的连续性对应力传导非常重要。     

寰椎横韧带的形态特点及其生物力学特性

目的研究寰椎横韧带的形态特点及其抗拉伸性能.方法成人寰枢椎固定标本 24例及新鲜寰椎韧带标本 9例.测量横韧带中点处的厚度、宽度以及左右两端的宽度.取 2例新鲜横韧带标本行组织学切片观察.对 7例新鲜横韧带标本,通过 MTS- 858材料试验机测量其抗拉伸性能.结果寰椎横韧带的长度为 (20.0± 2.4) mm;中点处的宽度为 (2.1± 0.5) mm;中点处的宽度为 (10.7± 1.6) mm;左右两端的厚度分别为 (6.6± 1.1) mm、 (6.7± 1.0) mm;左右两端的厚度分别为 (3.8± 1.1) mm、 (3.7± 1.1) mm.横韧带与枢椎齿突的关系可分为 3种类型 (1)横韧带将齿状突后面完全包裹,占 30% (10例 ); (2)横韧带包裹齿状突后面的大部,超过 1/2,占 54% (18例 ); (3)部分覆盖齿状突的后部,不超过其 1/2,占 14% (5例 ).寰椎横韧带的齿状突面的中部可见有纵行的纤维,组织切片显示为较疏松的结缔组织.横韧带的最大载荷为 (606± 90) N,最大变形量为 (4.3± 0.5) mm.结论 (1)本文结果与国外的相关报道比较,在长度上较白种人稍短,而与黄种人相近,这与人种的高矮有关.(2)寰椎横韧带与齿突接触面的中部可有条索状的疏松结缔组织存在.(3)寰椎横韧带与枢椎齿突的关系不恒定,这可能与齿突骨折的发生相关.     

建立股骨头坏死有限元模型的方法

建立股骨头坏死的有限元模型。取新鲜人工关节置换后的股骨头坏死标本,CT扫描,计算机重建股骨头三维有限元仿真模型,对该模型进行虚拟加载和仿真计算,测试坏死股骨头内的应力分布。重建的股骨头三维有限元仿真模型分为软骨和软骨下坏死区、肉芽带、修复区及正常骨小梁区,模拟加载显示肉芽带为应力集中部分。提示肉芽带是股骨头坏死后内部不稳定的主要原因。     

利用螺旋CT数据建立上颈椎三维有限元模型

目的：建立上颈椎三维有限元模型．以期应用于临床相关的生物力学实验研究。方法：通过对正常人的CT薄层扫描获得原始DICOM图像数据．采用CAD数据处理技术进行计算机三维重建．改良建立的模型导进ANSYS9．0软件进行计算机模拟仿真生物力学研究。结果：所建模型外观清晰逼真。几何相似性好。三维重建结构可以单独或联合显示。甚至可行结构的任意取舍，重建结构的任意径线及角度均可进行适时三维测量。结论：该技术为临床医生对枕颈交界区有限元三维模型的建立提供了一种便捷而精确的方法，对计算机分析及研究该模型局部结构在各种受力情况下的生物力学表现创造条件。     

三维有限元在正常与后凸畸形胸腰椎体力学性能比较中的应用

目的:比较分析T12、L1脊柱椎体下表面在纵向压缩载荷下的应力分布及变化趋势,为胸腰段脊柱后凸畸形患者的治疗及康复提供生物力学依据。方法:通过新鲜脊柱标本CT扫描影像建立正常的T10-L2段脊柱三维计算机模型,再通过自由造型系统重建脊柱后凸畸形15°模型。对两种模型均施加纵向800N压缩载荷,比较分析T12、L1椎体下表面的应力分布及变化趋势。结果:正常T12、L1椎体在承受纵向压缩载荷时,主要载荷集中在椎体后部以及脊柱的后部结构;后凸畸形T12、L1脊柱主要靠椎体承受纵向压缩载荷,且载荷主要集中于椎体前部。结论:在纵向压缩载荷下,正常脊柱T12-L1段椎体后部容易损伤和骨折,后凸脊柱T12-L1段椎体前部容易损伤和骨折。     

寰椎横韧带的形态特点及其生物力学特性

目的 研究寰椎横韧带的形态特点及其抗拉仲性能。方法 成人寰枢椎固定标本24例及新鲜寰椎韧带标本9例。测量横韧带中点处的厚度、宽度以及左右两端的宽度。取2例新鲜横韧带标本行组织学切片观察。对7例新鲜横韧带标本，通过MTS—858材料试验机测量其抗拉伸性能。结果 寰椎横韧带的长度为(20．0&;#177;2．4)mm；中点处的宽度为(2．1&;#177;0．5)mm；中点处的宽度为(10．7&;#177;1．6)mm；左右两端的厚度分别为(6．6&;#177;1．1)mm、(6．7&;#177;1．0)mm；左右两端的厚度分别为(3．8&;#177;1．1)mm、(3．7&;#177;1．1)mm。横韧带与枢椎齿突的关系可分为3种类型：(1)横韧带将齿状突后面完全包裹，占30％(10例)；(2)横韧带包裹齿状突后面的大部。超过1／2，占54％(18例)；(3)部分覆盖齿状突的后部，不超过其1／2，占14％(5例)。寰椎横韧带的齿状突面的中部可见有纵行的纤维。组织切片显示为较疏松的结缔组织。横韧带的最大载荷为(606&;#177;90)N，最大变形量为(4．3&;#177;0．5)mm。结论 (1)本文结果与国外的相关报道比较，在长度上较白种人稍短。而与黄种人相近，这与人种的高矮有关。(2)寰椎横韧带与齿突接触面的中部可有条索状的疏松结缔组织存在。(3)寰椎横韧带与枢椎齿突的关系不恒定，这可能与齿突骨折的发生相关。     

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.