标准步态下骨盆三维有限元模型构建及其生物力学意义

目的:构建包含骨盆肌肉及头臼作用力的标准步态下骨盆三维有限元模型.方法:选择标准成年男性志愿者行骨盆CT扫描成像得到骨盆每层横截面图像,运用Mimics软件行三维重建,利用有限元分析软件PATRAN 2005R2构建髋臼三维有限元模型,并将标准步态中肌肉收缩力及头臼作用力也设计到该模型中.结果:所构建髋臼模型共划分为113 028个结点、137 524个单元,模型模拟了骨盆皮质骨、松质骨、关节软骨以及股骨头结构的材料特性. 所建模型结构完整,空间结构测量准确度高,单元划分精细,重点突出,尤其肌肉及头臼作用力加载模拟形象、逼真,客观反映髋臼真实解剖形态结构和生物力学特点.结论:构建的髋臼三维有限元模型为正常髋臼或异常髋臼力学研究提供可循模型.     

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.     

人体全骨盆三维有限元模型的建立与验证

目的建立人体全骨盆的三维有限元模型,提供骨盆生物力学研究的数学模型。方法获取正常成年男性全骨盆包括相邻自第3腰椎、股骨上端1／3处的CT扫描图像,运用ANSYS有限元分析系统,采用直接从原始图片生成单元和节点的方法构建人体全骨盆的三维有限元模型。结果建立了正常人体全骨盆并包含第3腰椎和股骨上1／3段的三维有限元模型,模型由721820单元,207248节点构成。结论建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具。     

骨盆后环微创螺钉的钉道设计及骨盆三维有限元分析

目的 收集测量骨盆后环解剖数据,设计微创螺钉的钉道,并通过建立骨盆有限元模型,进行三维有限元分析,为后续骶骨骨折及微创螺钉的研究设计打下基础。方法 测量20例健康志愿者骨盆数据,初步筛选确定骨盆后环微创螺钉的设计数据,并建立骨盆有限元模型,进行三维有限元分析,分别进行静态和动态力学加载,进行骨盆有限元模型验证。结果 完成健康志愿者骨盆CT数据测量后,对骨盆进行三维重建,并选择A、B、C 3条髂骨钉钉道,获取钉道A、B、C相关数据,测量结果显示:B、C钉道长度和宽度大于A钉道,钉道进钉点与软组织的距离较A钉道短。建立正常骨盆有限元模型后,静态力学加载结果显示,在施加500 N的外旋载荷下,骨盆受到的最大Von Mises应力为582.05 Pa;骶髂复合体处的受力为107.38 Pa;应变分布显示,在500 N的外旋载荷下,应变分布最大的部位在同侧骶髂关节软骨,对侧骶髂关节软骨和耻骨联合的应变次之。位移分布显示,在500 N的外旋载荷下,位移分布最大的部位在同侧髂骨,沿着同侧对侧方向,位移分布呈梯度降低。同侧髂前上棘处的位移最大为0.35 cm。动态力学加载结果显示,髂前上棘在Z轴方向的位移是1.5 mm,在X轴方向的位移是1.8 mm,在Y轴方向的位移是-0.2 mm。耻骨联合在Z轴方向的位移是0.8 mm,在X轴方向的位移是1.0 mm,在Y轴方向的位移是0.03 mm。Y轴,即沿冲击方向的位移最大。等效应力在耻骨支、坐骨、髂前上棘、骶骨、髋臼等骨折易发生处应力相对较大。随着冲击力的增加,骨盆受到的应力随着时间增大,冲击力下降,其应力也呈下降趋势。冲击力、应力、骨盆位移的最大值在10 ms处,即达到峰值力时候的冲击时间。在4 000 N和5 000 N的冲击力作用下,骨组织的应力超过了200 MPa,超过了其平均屈服强度,提示此时可能会出现骨盆骨折。结论 通过数据测量及分析,得出B/C钉道作为主钉道,A钉道作为辅钉道的设计合理;建立的骨盆有限元模型可作为后续骶骨骨折及内固定模型研究及对比研究的基础。     

尺骨鹰嘴三维有限元模型的力学分析

为探讨尺骨鹰嘴骨折发生的机理，在计算机上进行尺骨鹰嘴三维有限元造模和力学分析，结果表明尺骨鹰嘴骨折是由于肱二头肌、肱三头肌的肌力和肘关节的反作用力共同形成的剪切弯曲应力所致。     

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。     

基于冰冻切片的人体骨盆有限元模型的建立与初步验证

 目的 建立基于冰冻切片的人体骨盆有限元模型,以用于研究骨盆非线性生物力学特性。方法 采用“中国数字虚拟人”第1例男性冰冻切片数据,运用切片图像处理软件CryoSegmentation提取出骨轮廓线,分别建立骨皮质、骨松质线模型和有限元模型。骨与软骨选用SOLID92四面体十节点单元,韧带采用2D索单元LINK10,分别赋予材料属性。结果 按骶髂关节为融合状态进行模型计算,应力主要集中部位是椎骨前面、骶髂关节面及周边、髂骨弓、坐骨大切迹、髋臼侧缘以及股骨颈;骶髂关节面应力主要集中在耳状面周缘,最大位移发生在L3;融合状态下各韧带所承拉力都较小。结论 基于冰冻切片的建模方法可获取更为精确的人体解剖结构信息,包含软组织条件的骨盆有限元模型的建立是基于CT和MRI有限元建模方法的重要补充。     

人体髋关节周围肌肉三维生物力学模型的建立与应用

目的：建立精确，接近生理的髋关节周围肌肉三维生物力学模型。方法：以股骨头、髋臼的中心为原点建立股骨及骨盆的右手正交坐标系，将髋关节周围起于骨盆的肌肉的股骨、骨盆附着点的三维坐标位置进行了测量定位．结果：测得了髋关节周围起于骨盆的22块肌肉的股骨．骨盆附着点的三维坐标位置。结论：本模型全面描述了髋关节周圃肌肉的三维特征，提高了其反映关节生物力学环境的准确性。     

基于CT图像研究骨盆及韧带的损伤

目的 为了探究骨盆及韧带的生物力学及顺产时骨盆、韧带最大受力点,采用有限元的方法,建立女性骨盆模型,对骨盆施加不同的腹压,模拟顺产对盆底产生的影响.方法 构建包括骶骨、尾骨、骶髂关节、髂骨、耻骨联合、骶髂关节韧带、骶棘韧带、骶结节韧带、耻骨弓韧带、耻骨上韧带的女性盆底有限元模型.在Abaqus 17.0中对施加0.5、...     

胆囊三维有限元力学模型的构建

目的 建立人胆囊三维有限元力学模型,用于胆囊的非侵害性生物力学研究和手术模拟.方法 根据胆囊的解剖学数据,在参数化CAD软件PRO/E中建立胆囊的三维交互式CAD模型,以IGES格式导入到通用有限元分析软件ANSYS中,以20节点SOLID95单元划分几何模型并赋材料属性建立有限元模型.模拟胆囊底受钳夹的工况,分析胆囊在位移载荷下的形变和应力分布.结果 成功建立了具有几何相似性和物理相似性的三维胆囊有限元模型,包含了胆囊底、体、颈结构,共14 520个单元,82 524个节点.模拟胆囊底受钳夹工况时,形变集中在胆囊底顶部区域,而应力集中在胆囊床边缘和胆囊颈与胆囊管部.结论 有限元法可模拟胆囊在手术中的力学响应,可用于胆囊的生物力学研究.     

胸腰椎骨折三维有限元模型构建的研究进展

有限元作为一种应力分析方法被广泛应用于骨科及其他医学领域,利用三维有限元建立胸腰椎骨折模型对各种形式的植入物进行力学分析也得到越来越广泛的应用。本文对胸腰椎骨折三维有限元模型构建进行分类总结和评价,并对其未来发展进行了展望。     

微型种植体周围应力分布的三维有限元分析

建立包括第一、二前磨牙及牙周膜、骨皮质和骨松质的三维有限元模型,将微型种植体植入两颗牙齿之间的牙槽骨中,当微植体负载时,周围组织会产生额外的应力,改变微植体位置和角度能影响到邻近牙齿牙周膜的应力变化。当微植体向第二前磨牙移动时,第二前磨牙牙周膜应力按比例增加,第一前磨牙牙周膜应力按比例减小。当微植体向第一前磨牙倾斜时,第一前磨牙牙周膜应力增加,第二前磨牙牙周膜应力相应减小。     

纤维桩核修复下颌第二前磨牙三维有限元模型

目的建立不同形状和直径纤维桩核修复下颌第二前磨牙的三维有限元模型,以分析研究其应力分布状况和优化设计。方法采用螺旋CT扫描离体下颌第二前磨牙,利用Mimics软件、Geomagic Studio软件和ANSA软件分别建立直径为根径的1/2、1/3、1/4和形状为柱形、锥形、梯形的纤维桩核修复下颌第二前磨牙的三维有限元模型。结果建立了八组结构精确的桩核修复下颌第二前磨牙的三维有限元模型,每组均包括了牙冠、桩核、牙根、牙胶尖、牙周膜、牙槽骨6个部分。结论所建模型与实体模型具有良好的几何相似性和生物力学相似性,本实验方法具有精确便捷创新的特点     

脊柱腰段三维有限元模型的构建与椎间盘应力分析

［摘要］ 目的建立正常脊柱腰段三维有限元模型,为生物力学研究及腰椎损伤研究提供可靠模型。 方法采集1名健康成年男性脊柱腰段CT和MRI断层影像数据,应用Mimics软件依据CT数据对全部腰椎骨及骶骨上部进行三维模型重建,依据MRI数据对L1~L5椎间盘髓核进行三维模型重建。将椎骨与髓核进行空间配准,在此基础上建立椎间盘、关节囊和韧带的三维模型。在Ansys中划分网格并定义材料属性,对模型施加运动性载荷模拟脊柱腰段处于前屈、后伸、侧弯和扭转等运动工况下的生物力学特征,验证模型的有效性。 结果建立了完整的脊柱腰段三维有限元模型,包含椎骨、椎间盘、骶骨上端、韧带、关节囊等重要结构,总节点数为104 190个、总单元数为339 165个。模型通过有效性验证,运动工况下的角位移范围和椎间盘的应力分布特点符合腰椎的生物力学特性。 结论本研究建立的三维有限元模型仿真度高,可用于脊柱腰段的生物力学研究以及模拟疾病和手术对腰椎生物力学的影响。     

颈椎三维有限元模型的建立与应用

目的建立颈椎的三维有限元模型(C4/5/6),以用于临床试验研究。方法根据条件选取健康成年男性志愿者,通过CT扫描,得到颈椎的连续断层数据图片,通过医学三维重建软件Materialise Mimics、作图软件Uni-graphics NX、有限元分析软件ANSYS 8.1构建出颈椎的三维有限元模型,进行边界设定,在模型上加载45N的预载荷,再加以2.0 N.M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,观察正常FSU(C4/5)的运动与受力,并与体外实物生物力学实验结果比较。结果C4/5三维有限元模型的运动范围与体外实体实验结果在统计学上没有显著差异(P<0.01)。结论建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎的生物力学特性。