脊柱颈胸结合部有限元模型的建立

目的：建立脊柱颈胸结合部椎体的三维有限元模型,以期应用于指导临床实践以及作为体外生物力学实验研究的有益补充。方法：通过对正常人的CT薄层扫描获得的原始DICOM数据图像,采用Mimic10.01软件进行数据处理,进行骨质的三维重建,使用Magic 9.9改良建立的模型,导入ANYSY 10.0软件进行计算机模拟仿真生物力学研究。结果：所建模型外观逼真,几何相似性好。三维重建结构可单独或联合显示,甚至可以进行任意结构的取舍,重建结构的任意径线及角度均可以适当的三维测量。结论：该模型的结构完整,空间结构测量准确度高,单元格划分精细重点突出,较为准确地模拟了脊柱颈胸结合部的生物力学特点,为临床医生对脊柱颈胸交界区的三维有限元模型的建立提供了一种便捷而精确的方法,为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了条件。     

上颈椎三维有限元模型的建立

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中。方法:实验于2005-05/2006-01在南方医科大学解剖及生物力学实验室完成。选取2例自愿参与实验的健康青年男性,均经医院伦理委员会批准,且受试者知情同意。复习病史并行X射线平片检查排除枕颈部疾患。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,改良建立的模型导入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。所建的上颈椎有限元模型能够通过验证,与体外生物力学实验结果基本吻合,可进一步行各种上颈椎有限元力学分析。结论:为临床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。     

仿真环境下医学器官的三维有限元建模方法

背景：通过医学影像图片数据进行三维重建的模型主要应用于医学临床分析,而采用激光扫描进行逆向重建时建立的模型主要用于生物力学分析。生物力学模型建立的精确程度,直接影响分析结果。目的：分析采用医学影像图片数据和三维激光扫描重建医学器官模型的两种方法及意义。方法：①通过人体CT断层扫描医学影像图片数据,并运用医学重建软件进行三维重建。②采用三维激光扫描仪对医学模型进行扫描得到点云数据,再利用逆向处理软件实现医学器官模型的逆向重建。结果与结论：两种方法都可以建立符合人体解剖结构、可进行生物力学仿真计算的几何模型和有限元模型。医学影像CT/MRI数据重建的三维模型,能够真实再现被扫描对象的表面特征及内部结构,该模型为临床辅助诊断、手术规划、整形、假肢设计及解剖教学等方面提供了可靠的参考模型。三维激光扫描所得点云数据进行逆向重建,具有测量精度高、速度快,能够反映所测标本的表面形态,该模型可在交通运输、军事领域中因发生钝性冲击对人体内部器官造成的损伤进行计算机仿真分析。     

人工骨三维模型的建立及其生物力学特征

目的：建立人工骨三维有限元模型，作为今后该部位进一步有限元分析的基础。方法：以狗股骨下段为对象，应用CT扫描技术、CT数据处理的软件Medical_Soft实现图像处理．经过滤除噪声、重新排列、筛减等操作，用Surfacer软件中重构的炎节面数据输入Unigraphics软件中进行人工骨股骨下端三维模型的建立将建立的人工骨模型输入ANSYS7．0，建立人工骨的三维有限元模型。结果：采用CT扫描资料建立起来的三维模型，形态逼真，能真实反映骨外形及骨髓腔三维结构。结论：人工骨三维模型的建立，可以为今后的人工骨生物力学分析提供一个逼真的模型，且可进一步进行计算机辅助设计处理，以完成生物工程活性骨的个体适配化设计、制造。     

骨质疏松腰椎三维有限元数字化模型的建立

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，以为腰椎骨质疏松的生物力学实验提供标准模型。方法：实验于2004-06／10在南方医科大学生物力学实验室完成。选取老年男性正常人体脊柱标本1具，范围从L4-L5,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1mm层厚扫描，以jpg格式输出其断面图像并转人微机保存。利用三维重建软件Mimics建立L4-L5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1mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Ansys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Ansys成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。共有82563个单元，131204个节点，建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立：利用有限元软件Ansys的前处理功能，对不同组织的物理特性进行定义，椎体和后部结构的弹性模量均减少30％左右，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损伤程度的评估。     

仿真环境下医学器官的三维有限元建模方法

背景:通过医学影像图片数据进行三维重建的模型主要应用于医学临床分析,而采用激光扫描进行逆向重建时建立的模型主要用于生物力学分析。生物力学模型建立的精确程度,直接影响分析结果。目的:分析采用医学影像图片数据和三维激光扫描重建医学器官模型的两种方法及意义。方法:①通过人体CT断层扫描医学影像图片数据,并运用医学重建软件进行三维重建。②采用三维激光扫描仪对医学模型进行扫描得到点云数据,再利用逆向处理软件实现医学器官模型的逆向重建。结果与结论:两种方法都可以建立符合人体解剖结构、可进行生物力学仿真计算的几何模型和有限元模型。医学影像CT/MRI数据重建的三维模型,能够真实再现被扫描对象的表面特征及内部结构,该模型为临床辅助诊断、手术规划、整形、假肢设计及解剖教学等方面提供了可靠的参考模型。三维激光扫描所得点云数据进行逆向重建,具有测量精度高、速度快,能够反映所测标本的表面形态,该模型可在交通运输、军事领域中因发生钝性冲击对人体内部器官造成的损伤进行计算机仿真分析。     

下颌骨牙槽嵴萎缩三维有限元模型与生物力学分析

目的：利用螺旋CT建立牙槽嵴萎缩的下颌骨三维有限元模型，用于萎缩牙槽嵴的生物力学分析。方法：采用螺旋CT扫描，数字化影像数据采集，三维重建技术，并使用ANSYS6．0软件完成有限元模型的建立。结果：获得了理想的下颌骨牙槽嵴萎缩三维有限元模型，由16077个单元，23635个节点构成。结论：采用螺旋CT扫描，数字化影像数据采集，三维重建技术结合ANSYS6．0软件可以建立理想的下颌骨牙槽嵴萎缩模型。     

计算机辅助个体化下颌骨缺损的功能性修复

目的：应用计算机辅助技术，从生物力学分析和个体化钛网制作两个方面，进行下颌骨缺损的个体化功能性修复。方法：实验于2003-12／2004-09在第二军医大学长海医院口腔科与上海理工大学机械学院完成。通过CT扫描获取下颌骨断层解剖信息，然后进行三维重建，在三维重建的基础上，首先进行下颌骨缺损个体化功能性修复三维有限元模型的建立和相应的生物力学分析，然后探讨依靠镜像技术、快速成型技术、铸造技术等完成个体化三维钛网修复体的制作，再将种植体与钛网相连接，构建个体化功能性修复体。结果：在计算机辅助基础上，成功构建下颌骨缺损个体化功能性修复的三维有限元模型，并能为个体化功能性修复提供生物力学分析，所制作的个体化带种植体三维钛网与下颌骨连接良好，能个体化恢复颌骨的解剖性态，所带种植体可望为后期义齿修复提供基础。结论：下颌骨个体化功能性修复三维有限元模型的建立及相应力学分析，能为下颌骨缺损的个体化功能性修复提供生物力学基础；以快速原型技术为基础，成功制作了下颌骨个体化功能性钛网修复体，为下颌骨缺损的个体化功能性修复提供了现实基础。     

基于CT及逆向工程软件构建正常人体骨盆三维有限元模型

背景：骨盆是人体骨骼中形态及结构最复杂的部分,许多学者一直致力于其生物力学的研究。由于骨盆形状极其不规则,所附着肌肉及韧带解剖结构复杂,建立精确的包含主要肌肉及人韧带的骨盆有限元模型十分困难。 目的：建立正常成年人骨盆的三维有限元模型,为后续骨盆的生物力学分析提供数字模型。 方法：采集健康成年男性志愿者的骨盆CT数据,将DICOM格式的CT图像导入医学影像三维重建软件Mimics 10.0进行图像的分割及三维重建,将导出文件导入逆向工程软件Geomagic studio 11中对图像进行曲面化处理,建立曲面模型,使其更加光顺,将生成的曲面模型导入有限元分析软件Ansys 14.0中进行有限元网格划分。 结果与结论：建立了正常成年人骨盆的三维有限元模型,总单元数为818294个,总节点数为149290个。课题基于健康成年男性志愿者的骨盆 CT 图像建立骨盆有限元模型,所得的模型精确度高、逼真、具有良好的解剖及几何相似性,可为下一步骨盆的生物力学分析提供基础。     

弓齿形状记忆合金接骨器模型构建及三维有限元分析

目的：介绍弓齿形状记忆合金接骨器三维模型的构建并进行三维有限元计算及分析，探讨相关的记忆生物力学意义。方法：采用大型有限元分析软件ANSYS5．6，通过对接骨器结构拆分，分别将各部分建模后，生成体积从而建立三维模型。结果：所构建三维模型，逼真反映弓齿形状记忆合金接骨器的真实形态及生物力学行为，可以进行相应的力学运算。结论：弓齿形状记忆接骨器三维有限元模型的构建，可以为治疗复杂性骨盆髋臼骨折的力学行为以及相关力学基础研究提供精确模型。     

建立正常人C2～7的三维有限元模型

背景：随着计算机技术的发展,颈椎生物力学研究不再局限于动物或人体尸体实验,计算机模型可以进行更准确的生物力学研究。目的：在已有研究的基础上,建立人体C2～7三维有限元模型,以期为颈椎前路分节段减压融合的生物力学研究提供参考数据。方法：选择1名28岁健康男性志愿者为观察对象,无明显的颈椎病史,扫描前先拍摄颈椎正侧位、斜位、过伸过屈位X射线片以排除颈椎病变。首先根据志愿者CT扫描图片,采用计算机辅助设计数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C2～7三维有限元模型。模型重建采用先进的Geomagics系统,可以准确模拟颈椎结构,有限元部分则采用广泛使用的ANSYS系统。其次在1.8N？m作用力下,观察节段运动与力-位移反应,并与国外的实验结果对比,在前屈、后伸、侧弯和旋转等4种工况（载荷状态）下对模型进行验证。结果与结论：整个模型包括C2～7六个椎体、C2/3～6/7五个椎间盘以及后部结构与主要韧带,共有23348个节点和215749个单元。在模拟外力的作用下,模型前屈、后伸、侧弯和旋转工况下的颈椎活动度与以往实验模型结果数据基本吻合。提示所建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验,进行生物力学分析。     

颅颈交界区畸形手术治疗及其并发症

颅颈交界区畸形是一类位于枕骨大孔及上颈椎的先天性畸形，可出现多种骨性以及脑和脊髓的畸形病变。该病治疗目前尚存诸多争议，近年来随着医疗技术的快速发展和多学科协作交流的日益密切，其治疗方式和理念有了新的认识和进展。本文将对颅颈交界区畸形的手术治疗方式及术后并发症的预防和处理进行综述，以期为临床医生提供指导和帮助。     

建立正常人C_(2～7)的三维有限元模型

背景:随着计算机技术的发展,颈椎生物力学研究不再局限于动物或人体尸体实验,计算机模型可以进行更准确的生物力学研究.目的:存已有研究的基础上,建立人体C2～7三维有限元模型,以期为颈椎前路分节段减压融合的生物力学研究提供参考数据.方法:选择1名28岁健康男性志愿者为观察对象,无明显的颈椎病史,扫描前先拍摄颈椎正侧位、斜位、过伸过屈位X射线片以排除颈椎病变.首先根据志愿者CT扫描图片,采用计算机辅助设计数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C2～7三维有限元模型.模型重建采用先进的Geomagics系统,可以准确模拟颈椎结构,有限元部分则采用广泛使用的ANSYS系统.其次在1.8 N·m作用力下,观察节段运动与力-位移反应,并与国外的实验结果对比,在前屈、后伸、侧弯和旋转等4种工况(载荷状态)下对模型进行验证.结果与结论:整个模型包括C2～7六个椎体、C2/3～6/7五个椎间盘以及后部结构与主要韧带,共有23 348个节点和215 749个单元.在模拟外力的作用下,模型前屈、后伸、侧弯和旋转工况下的颈椎活动度与以往实验模型结果数据基本吻合.提示所建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验,进行生物力学分析.     

基于CT图像和逆向工程方法建立正常人体腰椎三维有限元模型

背景：利用有限元法可以分析静止及活动时正常脊柱的生物力学,并预测应力时的风险。目的：建立腰椎L3~L5三维有限元模型。方法：选取一名健康30岁男性志愿者L3~L5薄层CT扫描图像,使用工具软件Geomagic和Ansys,应用逆向工程原理构建三维有限元模型,设定边界条件进行加载,记录角位移及应力集中部位,计算模型的平均刚度。结果与结论：建立L3~L5椎体三维有限元模型,包括椎体、韧带、椎间盘、纤维环和小关节,模型总单元数51905个,通过定量和定性两方面验证模型有效。说明所建立的L3~L5椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特征,可用于进一步脊柱生物力学研究。     

基于CT图像和逆向工程方法建立正常人体腰椎三维有限元模型

背景:利用有限元法可以分析静止及活动时正常脊柱的生物力学,并预测应力时的风险。目的:建立腰椎L3~L5三维有限元模型。方法:选取一名健康30岁男性志愿者L3~L5薄层CT扫描图像,使用工具软件Geomagic和Ansys,应用逆向工程原理构建三维有限元模型,设定边界条件进行加载,记录角位移及应力集中部位,计算模型的平均刚度。结果与结论:建立L3~L5椎体三维有限元模型,包括椎体、韧带、椎间盘、纤维环和小关节,模型总单元数51905个,通过定量和定性两方面验证模型有效。说明所建立的L3~L5椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特征,可用于进一步脊柱生物力学研究。     

腰椎单节段术后失稳三维有限元模型的建立

目的建立腰椎L4-5单节段退变模型,模拟腰椎后路椎板减压术(后部结构分级切除)建立术后不同程度失稳有限元模型,为进一步开展腰椎失稳的生物力学研究奠定基础。方法利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件对健康志愿者腰椎的薄扫CT图像进行预处理,建立L4-5节段完整三维模型,并进行面网格化,在此基础上模拟手术分级切除L4-5椎体后部结构,进一步建立L4-5节段术后不同程度的失稳模型,再将面网格化的三维模型导入ABAQUS软件进行体网格化,并定义材料及截面属性、定义韧带及其属性、定义椎体间以及椎体与椎间盘相互作用,并加载载荷进行计算。结果成功建立了腰椎单节段后路椎板减压术术后不同程度失稳的三维有限元模型,几何相似性好,经验证模型有效,计算可收敛。结论腰椎单节段术后失稳三维有限元模型具有良好的生物逼真度,适用于临床科研分析,为进一步生物力学研究奠定了良好的模型基础。     

有限元分析过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折的椎间盘动态力学

背景：过伸复位法治疗胸腰椎压缩性骨折具有治疗效果好、费用低、损伤轻、疗效快等优点,但临床应用缺乏规范,对手法的作用机制研究相对不足。目的：利用有限元分析法观察过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折椎间盘的动态生物力学特性。方法：依据1例T12椎体单纯压缩性骨折患者的210层Dicom3.0标准的CT图片建立T12椎体单纯压缩性骨折的有限元模型,在对模型有效性进行验证后,模拟过伸复位手法,约束L2下端所有面,给T11椎体上端一个纵向牵引力,分别于T11,T12,L1椎骨棘突顶点给予一个方向垂直朝向椎体、大小为3.0cm的位移。程序运算,读取受压椎骨上下椎间盘的受力情况。结果与结论：建立了几何外型逼真、生物力学特性全面的胸腰段椎体压缩性骨折三维有限元模型。复位手法作用后椎间盘发生明显的牵张,在不同过伸支点椎间盘的受力不同。提示过伸复位治疗胸腰椎压缩性骨折疗效确切,椎间盘在骨折复位中发挥重要作用,利用有限元法分析传统手法的作用机制具有实验结果可靠、显示结果直观、节约资源以及手法模拟精确等优点。     

过伸复位治疗胸腰椎单纯压缩性骨折的有限元分析

背景：过伸复位被中医骨伤科临床广泛用于治疗胸腰椎单纯压缩性骨折,其生物力学机制研究尚显不足。目的：应用有限元分析方法探讨了复位过程中各结构的力学特性以及整体的应力特点。方法：依据1例T12椎体单纯压缩性骨折患者的210层Dicom3.0标准的CT图片建立T12椎体单纯压缩性骨折的有限元模型,在对建立的模型的有效性进行验证后模拟过伸复位手法,约束L2下端所有面,给T11椎体上端一个纵向牵引力,分别于T11,T12,L1椎骨棘突顶点给予一个方向垂直朝向椎体、大小为3.0cm的位移。程序运算后读取压缩椎骨外形改变和应力分布。结果与结论：建立了几何外型逼真、生物力学特性全面的胸腰段椎体压缩性骨折三维有限元模型,复位手法作用后压缩的椎骨表现出明显的过伸,在复位过程中表现的复位机制与传统的生物力学实验相同。利用有限元分析法研究传统手法的作用机制具有实验结果可靠、显示结果直观、节约资源以及手法模拟精确等优点,可广泛应用于骨折手法复位机制的研究。     

髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型的建立和分析

背景:目前有关髌骨骨折内固定的生物力学研究大多集中在尸体标本上,应用现代有限元法进行分析的报道较少。目的:建立髌骨骨折AO张力带内固定的三维有限元模型,并对所建模型进行有限元力学分析。方法:选择1名成年女性志愿者,行下肢薄层CT扫描,将图像数据导入Mimics10.01软件通过Region growing提取右侧髌骨polylines,导入Geomagic studio10.0建立髌骨几何模型。将髌骨几何模型导入PRO/E2.0软件中,利用软件中的分割功能模拟髌骨骨折,利用软件中的扫描功能,生成两根折弯的克氏针和环形钢丝,建立三维髌骨骨折AO张力带内固定模型,导入ANSYS中建立三维有限元模型,模拟屈膝90°髌股关节作用力600N进行有限元分析,分析其位移及变形特点。结果与结论:AO张力带有多向加压作用,及明显对抗股四头肌向上拉应力的作用。提示有限元分析结果与生物力学结果相符,建立的髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型有效,有助于更全面了解张力带内固定髌骨骨折的生物力学原理,为临床治疗提供借鉴。