螺旋CT扫描建立成人股骨头坏死三维有限元模型

目的:通过螺旋CT扫描获取相关数据,建立成人股骨头坏死的三维有限元模型,为分析股骨头坏死后的力学改变及治疗方法的评价打下基础。方法:采用健康成人股骨上段为研究对象,应用螺旋CT扫描技术,获取股骨上段三维坐标,结合松质骨、皮质骨的材料特性参数,输入通用三维有限元分析软件ANSYS8.0中,建立正常成人股骨上段三维有限元模型,并在此基础上建立具有不同大小、方向、深浅坏死区的成人股骨头坏死模型。结果:建立的模型在几何形状、材料特性方面贴近真实情况,坏死区的设计能够全面覆盖临床常见的类型,可以满足临床进一步分析的需要。结论:采用螺旋CT扫描资料建立三维有限元模型,几何模拟、材料模拟、更加接近于自然情况,简便、高效,为进一步的分析提供一个理想的平台。     

嵌体修复下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型的建立

[目的]建立带桩嵌体修复下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型.[方法]制成第一磨牙残冠的制锁式带桩嵌体修复体的模型,将该模型置于水杯中,利用螺旋CT扫描,通过图像合成软件建立三维数字模型,结合大型有限元软件ANSYS进行建模.[结果]建成后三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性.[结论]将牙体修复模型置于水中,经螺旋CT扫描并与有限元方法结合起来,可以建立复杂的牙模型,且能真实地模拟实际情况,使用性好.     

骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入三维有限元生物力学模型的建立

目的基于CT建立三维有限元模型,研究骨皮质切开对上颌磨牙组牙压入移动生物力学效应的影响。方法以高精度CT扫描获得牙齿、颌骨二维断层图像,运用Mimics软件进行三维重建,在ANSYS软件中建立生物力学模型,并采用临床工况对其进行检验。结果建立了高仿真骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入的三维有限元模型;在压应力作用下,上颌磨牙出现初始压入移动,根分叉及根尖区出现压应力集中区。结论本研究所建立的骨皮质切开辅助上颌磨牙组牙压入的三维有限元模型具有高度几何相似性和力学相似性,可用于上颌磨牙组牙压入的生物力学研究。     

胫骨模型对膝关节有限元分析结果影响的探讨

目的：通过有限元法对膝关节进行力学仿真,探讨胫骨模型对膝关节生物力学行为的影响。方法：应用MimiCS建立膝关节三维实体模型并对骨骼赋予不同的材料属性;使用Hypermesh建立膝关节三维网格模型,同时建立了不同胫骨长度的膝关节三维模型;在Abaqus中设置边界条件和软组织材料属性,施加载荷进行膝关节力学仿真。结果：通过有限元分析获得了膝关节主要软组织的应力和相互接触面积,得到胫骨上的Mises应力分布。结论：膝关节骨骼材料属性以及胫骨长度对膝关节软组织的力学行为基本没有影响,可在实际的对膝关节软组织的有限元分析中将骨性结构定义为刚体;胫骨上的Mises应力随骨骼材料属性和长度有明显的变化,在针对骨骼的有限元分析中需要建立完整的骨骼结构以及将骨骼划分为至少10种材料属性。     

带状弓三维有限元模型的建立

目的建立带状弓三维有限元模型,为后续带状弓的力学模型研究提供依据。方法 CT扫描,获取影像数据。Mimics 17.0重建CT数据。Geomagic Studio 2013重建牙周膜、骨皮质、骨松质、下颌牙列的曲面模型。在Unigraphics NX 8.5建立带状弓托槽及带状弓模型,将建立好的托槽弓丝和下颌骨及牙列进行装配。ANSYS workbench建立最终的有限元模型。结果建立了完整的带状弓三维有限元模型,共获得1 778 061个节点,969 775个单元网格,组成了包括带状弓、带状弓托槽和颊面管、下牙列和牙周膜及下颌骨的三维有限元模型。结论建立的带状弓三维有限元模型具有较好的几何相似性和力学相似性,能作为带状弓矫正器力学分析的平台。     

人体髋关节三维有限元模型的建立及其生物力学意义

目的:构建正常人体髋关节的三维有限元模型,作为该部位进一步有限元分析的基础.方法:采用活体髋关节为标本,应用CT扫描技术及图形数字化方法获取髋关节的三维坐标,输入有限元分析软件,并通过确定材料特性参数和网格化,建立髋关节的三维有限元模型.结果:所构建髋关节三维有限元模型客观反映髋关节真实解剖形态及其生物力学行为,还原性良好,可以满足有限元分析的需要.结论:采用CT扫描资料建立的三维有限元模型切实可靠,实体建模法将有限元模型的几何特征和边界条件的定义与有限元网格的生成分开进行,减少了模型生成的困难.所构建的髋关节三维有限元模型,可以为髋关节力学行为以及骨折内固定、髋关节成型术的力学基础研究提供精确模型.     

全颈椎三维有限元模型的建立

目的:建立全颈椎(C1～T1)三维有限元模型.方法:根据一健康成年男性志愿者的颈椎CT与CT重建片,采用断层CT扫描序列图像的自动重建方法,建立全颈椎(C1～T1)三维有限元模型.结果:本研究成功的建立了全颈椎三维有限元模型,它包括C1～T1共8个椎体,本模型高度模拟颈椎结构与材料特性,结构完整,空间结构的测量准确度高,单元划分精细,共有节点数166 979,单元数12 177.结论:所建立的全颈椎有限元模型可以用来进行颈椎生物力学实验.     

颅面复合体三维有限元模型的快速建立

目的:探讨利用螺旋CT建立颅面复合体三维有限元模型的全系列数字化方法,建立一个具有生物力学特性的动态颅面复合体三维有限元模型。方法:采用多排螺旋CT对恒牙早期骨性安氏Ⅲ类患者行常规头部平扫及三维数字影像重建,利用原始DICOM数据建立颅面复合体三维几何模型,在前处理软件HyperMesh中划分网格。结果:获得高生物相似性的颅面复合体三维重建生物医学模型。建立了恒牙早期骨性安氏Ⅲ类患者颅面复合体三维有限元模型,由108 818个单元和195 654个节点组成。探索出一条完全数字化、适用于活体的三维有限元快速建模方法。结论:应用螺旋CT薄层扫描、三维重建软件Mimics和前处理软件HyperMesh相结合的方法,建立颅面复合体三维有限元模型是一种快速有效的方法。     

简易外固定架自攻螺钉的三维有限元模型的初步建立及应用

目的：建立外固定架螺钉钻入胫骨干的三维有限元模型。方法：运用 Mimics软件,Pro/E,Geomagic Studio,Ansys Work－bench13成功建立胫骨螺钉装配体三维有限元模型,并施加轴向载荷,扭转载荷观察结果。结果：装配体共生成3 710个体网格,6 952个点,Von-Mises和Total Deformation应力云图显示轴向和扭转载荷螺钉的最大应力位于螺钉与皮质骨接触处,形变最大的位置在钉尾。结论：三维胫骨螺钉装配体有限元模型为螺钉与胫骨的应力的定量研究提供基础,为不同材料属性,不同载荷的螺钉的生物力学研究提供基础。     

胸腰段骨质疏松三维有限元模型的建立及临床应用

目的:探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验提供标准模型。方法:一个有代表性的健康成年男性志愿者,范围从T11～L2,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面0.699mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。利用三维重建软件Mimics建立T11～L2段正常脊柱骨性结构的三维模型,再经过自由造型系统进行表面光滑化处理及对0.699mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Patran的前处理功能,在脊柱模型骨性结构的基础上,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行智能有限元网格划分。结果:①正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分结果:利用三维重建软件Mimics和有限元软件Patran成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276580个四面体单元,8532个六面体单元,673个杆单元,总计共95219个结点。建立的模型负荷正常椎体的几何特性;②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立:利用有限元软件Patran的前处理功能,对不同组织的物理特性进行定义,皮质骨、终板、后部结构模量减少33%,松质骨减少66%,同时考虑髓核脱水,弹性模量增加1倍,符合真实的生物力学要求,真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性,成功建立骨质疏松腰椎三维有限元模型。结论:建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型,可应用于骨质疏松腰椎后凸成形术的评估。     

膝关节周围韧带三维有限元模型的建立

目的建立膝关节周围韧带的三维有限元模型,探讨膝关节韧带建模途径。方法选取一无病理改变的膝关节节段标本作为研究对象。首先精细解剖出膝关节周围韧带,用金属线圈标记,止点采用钻孔标记,其中前、后交叉韧带按不同功能束分别解剖并标记;然后进行CT扫描,层厚0.625 mm,应用Mimics软件对数据进行三维重建;最后将数据导入ANSYS有限元软件中,建立膝关节周围韧带三维有限元模型。结果所选膝关节周围韧带三维有限元模型包括了股骨节段、胫骨节段、前交叉韧带两个功能束、后交叉韧带两个功能束、内侧副韧带和外侧副韧带,总单元数235 879,总节点数69 997。结论研究所建立的膝关节韧带有限元模型形态逼真,能真实反映膝关节骨外形和韧带三维结构,为进一步分析膝关节周围韧带损伤的发病机制奠定了基础。     

膝关节周围韧带三维有限元模型的建立

目的 建立膝关节周围韧带的三维有限元模型,探讨膝关节韧带建模途径.方法 选取一无病理改变的膝关节节段标本作为研究对象.首先精细解剖出膝关节周围韧带,用金属线圈标记,止点采用钻孔标记,其中前、后交叉韧带按不同功能束分别解剖并标记;然后进行CT扫描,层厚0.625 mm,应用Mimics软件对数据进行三维重建;最后将数据导入ANSYS有限元软件中,建立膝关节周围韧带三维有限元模型.结果 所选膝关节周围韧带三维有限元模型包括了股骨节段、胫骨节段、前交叉韧带两个功能束、后交叉韧带两个功能束、内侧副韧带和外侧副韧带, 总单元数235 879,总节点数69 997.结论 研究所建立的膝关节韧带有限元模型形态逼真,能真实反映膝关节骨外形和韧带三维结构,为进一步分析膝关节周围韧带损伤的发病机制奠定了基础.     

CAD软件辅助建立自适应螺纹种植体骨块三维有限元模型

[目的]利用CAD软件建立具有自适应功能的4种螺纹种植体骨块三维有限元模型。[方法]使用pro／E软件根据种植体相关参数,分别建立不同螺纹形态的牙种植体、冠修复体、松质骨和皮质骨三维实体模型,利用自适应功能生成装配体,导入ansys workbench8．0CAE软件中,进行单元划分建立有限元模型,应力加载后进行模型准确性的检测。[结果]建立了包含真实螺纹种植体的下颌骨骨块三维有限元模型。[结论]应用pro／E软件自适应功能建立包含不同螺纹形态的下颌骨骨块的三维有限元模型,为种植修复三维有限元分析提供了准确、灵活、快速的平台。     

正常人膝关节三维有限元模型的建立

目的 在膝关节MRI基础上建立膝关节三维有限元模型,探讨对半月板及软骨建模的效果.方法 对MRI图像进行处理和转换,在逆向工程理念下,建立膝关节三维有限元模型.结果 建立了包括膝关节所涉及的几乎所有骨骼、软骨、半月板和韧带等基本力学结构的模型,模型形态逼真,能在力学性质上很好地模拟膝关节.结论 MRI基础上建立的有限元模型可较真实地模拟膝关节的几何结构,逆向工程理念在膝关节三维有限元模型建立方面具有可行性和创新性.     

基于解剖数据建立人眼组织的三维有限元模型

目的借助计算机辅助设计(CAD)软件,探索利用人体解剖数据,建立人眼组织的三维有限元模型的方法,为相关的眼外伤仿真研究提供技术平台。方法收集眼组织的解剖学数据,确定眼球、眼外肌、视神经的几何尺寸和配合位置,在UG NX2.0软件中制作草图、设计零件并组装成三维实体模型,模型导入Hypermesh 8软件进行划分网格,导入ANSYS软件进行材料赋值和节点耦合,最终建立人眼组织三维有限元模型。结果成功建立了由7 047个单元和5 642个节点组成的人眼组织三维有限元模型。结论基于解剖学数据,利用计算机辅助设计软件和有限元软件建立眼球组织的三维有限元模型,模型忠实于人体解剖学数据,为进一步进行眼眶骨折生物力学研究和眼外伤研究提供了技术平台。     

种植义齿部件有限元建模与试验研究

目的:建立与种植义齿部件实体具有几何和力学相似性的三维有限元模型。方法:用CaMega光学扫描,建立种植体、基台三维CAD模型,导入ANSYS软件,进行单元划分建立有限元模型,并根据载荷-变形实验数据,调整有限元模型参数。结果:建立的种植义齿三维有限元模型,经试验验证,与义齿实体具有几何和力学相似性。结论:采用光学三维扫描,修正有限元模型参数,建立的种植义齿部件有限元模型,能反映其实体的几何形状和力学特性。该研究是种植义齿有限元分析的基础。     

后牙残根核桩冠的三维有限元模型建立

目的:建立上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型,以便对后牙残根核桩冠修复后的应力学进行研究.方法:采用CT扫描,Mimics软件和Abaqus软件的CAD进行三维有限元模型的创建.结果:建立了上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型.结论:建立的后牙残根三维有限元模型具有高度的几何相似性和力学性能相似性,可以用来进行后牙残根核桩冠修复后的力学研究.     

髋臼三维有限元模型的建立

目的:构建髋臼三维有限元模型.方法:选择成年湿髋臼尸体标本行CT扫描成像得到髋臼每层横截面图像,提取边界坐标,利用有限元分析软件ANSYS5.6构建髋臼三维有限元模型,三维十结点四面体实体单元进行网格划分.结果:所构建髋臼模型共划分为121 239个结点、112 491个单元,客观反映髋臼真实解剖形态及生物力学行为.结论:构建的髋臼三维有限元模型为髋臼骨折内固定的记忆力学研究提供可循模型.     

基于CT图像的人体股骨上段有限元模型的建立

目的 建立人体股骨上段三维有限元模型,从几何上完全忠实于真实的解剖结构,作为今后对股骨进一步有限元分析的基础.方法 采用活体股骨上段为研究对象,应用CT扫描技术获取CT图像资料,运用三维图像重建软件3D-doctor进行图像重建,获取股骨上段三维坐标,输入有限元分析软件Cosmos/M,通过确定材料特性参数和网格化,建立完整的股骨上段三维有限元模型.结果 建立的三维有限元模型几何形状与材料特性还原良好,网格大小可根据研究者的需要在一定范围内自行调整,可以满足有限元分析的需要.结论 采用CT扫描资料建立股骨三维有限元模型切实可靠,可以最大限度地忠实于个性化的解剖结构,且利用这种方法可以更精确地模拟复杂几何形态的实体.     

逆向工程建模法在种植修复的有限元研究中的应用

目的利用逆向工程法快速建立含下颌第一磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,并对种植体周围骨组织进行有限元分析。方法通过螺旋CT扫描正常下颌骨,利用逆向工程法建立下颌第一磨牙种植修复的三维有限元模型,加载颊向、垂直、水平3组作用力,分析种植体周围骨组织应力反应。结果获得了满意的正常牙槽骨高度的下颌第一磨牙种植体三维有限元模型,包括种植体冠、种植体、皮质骨、松质骨4个部件。种植体周围骨组织应力在垂直加载下分布均匀、大小接近,而在水平向和颊向加载下分布于颊侧颈部的皮质骨内、应力集中。结论利用逆向工程法建立的模型可以真实反映下颌第一磨牙种植体周围骨组织的应力情况,使有限元分析结果更接近真实。