膝关节三维有限元模型的建立

目的：建立膝关节的三维有限元模型，以期为膝部各组织结构的创伤及骨折的力学分析，提供方法学和研究平台。方法：根据螺旋CT扫描图像，利用Ansys有限元软件的由下向上的点、线、面、体的建模原则，对膝关节的三维有限元模型进行重建。结果：建立了包括半月板在内的膝关节三维有限元模型。结论：本研究所建立的膝关节的三维有限元模型，能逼真地反应膝关节的真实几何结构。     

基于多模态图像配准技术构建半骨盆全髋关节有限元模型

目的:基于多模态图像配准技术利用CT、MRI图像建立半骨盆全髋关节有限元模型。方法:采集1位健康女性志愿者同一体位下的CT和MRI图像,以DICOM格式保存。先采用Mimics16.0医学影像软件和Geomagic-Studio11逆向工程软件以CT数据建立髂骨、股骨骨性三维模型,再利用Solidworks软件将骨性三维模型与MRI图像进行配准融合,重建与之匹配的髋臼软骨和股骨头表面软骨三维模型,并在模型上标记髋关节周围韧带、肌肉附着点。将数据导入Abaqus6.14软件建立半骨盆全髋关节有限元模型,分析模拟双腿站立位单侧髋关节受力情况下(1.6倍体重,800 N)髋关节应力分布情况。结果:建立的半骨盆全髋关节三维有限元模型,包含髂骨和股骨近端的皮质骨、松质骨、关节软骨、韧带和肌肉共5部分三维子模型,涉及122 363个单元、216 149个节点。在800 N载荷下,髋关节应力大小和分布与以往研究结果相近。结论:基于多模态图像配准技术利用CT、MRI图像建立的半骨盆全髋关节有限元模型,能很好地模拟髋部骨骼、软骨的形态,并较为真实地反映髋关节的力学性能,具有一定的科研及临床价值。     

基于三维有限元技术的腰部模型建立与验证

目的:利用三维有限元技术,结合现代影像学技术,建立正常人与腰椎间盘突出症患者腰部模型并验证其有效性,以利于模型用于推拿手法的机理研究。方法:纳入正常人与腰椎间盘突出症患者各一名,采用Mimics、Geomagic、Patran及Nastran软件创建及分析腰椎三维有限元模型。所建腰椎三维有限元模型通过与体外实验生物力学研究数据对比和与MRI图像比较两种方法进行验证。结果:该三维有限元模型包含了两种非线性类型:接触非线性和几何非线性。正常人体腰椎腰1~骶1三维有限元模型总计共有结点27453个,其中实体单元共106242个,线单元98个;腰椎间盘突出症患者腰椎腰1~骶1三维有限元模型总计共有结点31193个,其中实体单元共120277个,线单元124个。通过比较不同工况下正常人及患者的腰椎MRI图像与模拟加压相同工况下腰1~骶1有限元模型的腰椎曲度(cobb角),其差异均无统计学意义(P 0. 05)。结论:本实验建立的腰部三维有限元模型有效,可进行进一步的生物力学实验研究。     

肛瘘挂线的三维有限元分析

目的:对肛瘘在挂线条件下进行三维有限元建模与分析。材料与方法:选取10份直肠癌患者健康的离体肛门内括约肌标本,通过生物力学轴向拉伸及力学参数的采集,测算杨氏弹性模量、泊松比等力学参数,应用SUPER-SAP软件进行有限元建模,在计算机模型上模拟橡皮筋挂线。结果:利用弹性模量、泊松比等参数建立肛门内括约肌三维有限元模型,模拟挂线取得整个肛门内括约肌挂线各个节点的综合应力和位移量。结论:在计算机上建立接近正常的人体肛门内括约肌模型,阐述人体软组织有限元建模的思路和方法,模拟分析肛瘘挂线条件下的力学行为,为将来更深入研究不同类型的肛瘘及复杂条件下的肛瘘挂线提供了理论依据。     

半限制性人工椎间盘假体植入三维有限元模型的建立

目的建立半限制性人工椎间盘假体(SIAD)及腰椎L4—5活动节段高精度三维有限元(FE)模型,拟为生物力学实验研究提供标准数学模型。方法在Auto CAD中设计SIAD假体,基于CT数据通过Mimics建立腰椎L4—5节段三维模型,将SIAD模型放置于L4—5椎间盘,数据导入Abaqus采用有限元装配技术转换成有限元模型。采用轴向负荷400 N以模拟L4—5节段正常的中立位负荷,采用轴向负荷400 N及10 N·m模拟后伸负荷,验证所建立模型的科学性。结果建立了SIAD放置于腰椎L4—5活动节段高精度三维有限元模型,包括:腰椎L4—5活动节段FE模型34 123个节点及162 858个单元,SIAD的FE模型2 144个节点及6 279个单元。力学测试显示中立位负荷及后伸负荷时所建立FE模型力学分布与现有结果一致。结论通过计算机辅助设计可以以自动化程度较高的方法建立高精度NAD假体有限元模型,Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确腰椎活动节段模型,两者可以基于有限元装配技术转换成有限元模型,该模型可用于脊柱生物力学的进一步研究。     

模拟拔伸按压手法腰椎运动节段三维有限元模型分析

目的:应用三维有限元模型研究模拟腰部拔伸按压手法时腰椎内部结构变化。方法:使用ADINA有限元软件建立腰椎多节段三维有限元生物力学模型,模拟拔伸按压手法的条件。结果:在拔伸按压状态下,腰椎前屈30°椎间盘组织的位移、应变和应力变化最明显,提示在设定的条件下手法治疗腰椎疾患是安全的。结论:应用三维有限元模型可以很好的模拟各种腰部拔伸按压手法的状态,并可以得到与生物力学实验基本一致的结果,为研究腰部拔伸按压手法作用机理提供了一个很好的实验手段。     

全颈椎三维有限元模型的建立

目的：建立正常人的全颈椎三维有限元模型。方法：对正常男性志愿者进行颈椎薄层CT扫描,使用医学图像处理软件Mimics 10.01、逆向工程软件Geomagic Studio 10、有限元软件MSC.Patran 2004等软件联合建立有限元模型。结果：成功建立了正常人的全颈椎三维有限元模型,由7块椎骨、5个椎间盘及相关韧带组成,包含44526个节点,248348个单元。结论：所建立的颈椎三维有限元模型精度较高,可用于进行生物力学实验。     

髌骨的三维有限元重建及初步力学分析

目的:建立髌骨三维有限元模型,并对所建模型做出初步的力学分析.方法:根据螺旋CT扫描图像,利用Ansys有限元软件的由下向上的点、线、面、体的建模原则,对髌骨三维有限元模型进行重建,并在重建的基础上模拟髌骨的受力机制,分析其应力大小和应力分布情况.结果:建立了髌骨的三维有限元模型,对髌骨的有限元分析结果显示应力集中区分布在髌骨的上极和下极.结论:建立了髌骨的有限元模型,该模型能逼真地反应髌骨的真实几何结构.对髌骨的有限元分析结果显示应力集中区分布在髌骨的上极和下极,说明骨折的好发部位即在髌骨的上下极,与临床基本相符.     

利用腰椎运动节段三维有限元模型云图变化分析按压手法

目的：应用三维有限元模型研究模拟腰部按压手法时腰椎内部结构变化。方法：使用ADINA有限元软件建立腰椎多节段三维有限元生物力学模型,模拟按压手法的条件。结果：当模拟按压作用力加至最大300N时,从椎间盘、纤堆环、髓核云图的位移变化综合比较得出：后伸10°位时临床治疗效果最好,其次为水平位时,最后为前屈30。位时的治疗效果。结论：应用三雏有限元模型可以很好的模拟各种腰部按压手法的状态,并可以得到与生物力学实验基本一致的结果,为研究腰部按压手法作用机理提供了一个好的实验手段。     

杠杆定位手法对腰椎间盘影响的有限元分析

目的:研究适合于杠杆定位手法的腰椎三维有限元建模方法,并分析杠杆定位手法对腰椎间盘生物力学的影响。方法:选取自愿者采集CT数据,进行三维重建并构建后伸40度体位,然后采用专用生物力学软件建立L3-S1节段腰椎三维有限元,同时生成无腰椎肌肉和有腰椎肌肉两组对比模型,根据实际杠杆定位手法实验收集的力学参数设置边界条件,进行有限元分析。结果:腰部肌肉对于推拿手法具有明显的协同和拮抗作用,有腰椎肌肉模型计算的腰部椎体各部分应力分布更自然合理。另外,结果表明杠杆定位手法使使纤维环有明显的回纳效果,使髓核向前中部靠拢、前中部内压增大。结论:腰椎三维有限元建模分析适合于分析杠杆定位手法对腰椎间盘生物力学的影响,为探讨杠杆定位手法对腰椎间盘突出症作用机理提供依据。     

有限元分析在治疗骨质疏松性椎体压缩骨折生物力学研究中的应用

对于骨质疏松性椎体压缩骨折(OVCF)的治疗,椎体成形术已成为临床上治疗该病的常用方法,早期使用椎体成形术对椎体进行有效撑开,防止了椎体的进一步塌陷和脊柱力学失稳,减少了卧床并发症,提高了患者的生活质量,具有较好的临床疗效。同时,进一步明确椎体压缩骨折发生的生物力学特点和机制对该病的防治具有重要临床价值,随着计算机软件开发和应用的飞速发展,有限元分析(FEA)在骨科生物力学研究中的应用已经非常成熟。FEA因其具有数字化建模、仿真度较高及运算精准等优势,在椎体成形术治疗OVCF的生物力学研究中应用日趋成熟,并且取得了一定的研究成果。文章通过综述近年来FEA在OVCF生物力学研究中的应用情况,重点分析了椎体成形术治疗OVCF术前、术后以及椎体本身及相邻椎体的生物力学特性变化规律的FEA成果,从力学机制角度对该病的防治策略提供思路,以进一步指导临床实践。     

基于有限元分析法的中医脉宽模型高相关参数探究

目的：借助有限元分析方法，对以脉宽为例的脉象要素预测模型的高相关客观生理参数进行研究。方法：以自主设计的柔性阵列式传感器为载体，利用ANSYS软件建立了传感器-腕部简化三维模型，结合人体及材料的力学特性和中医脉诊理论完成了模型的条件设置，通过在极值设置下对与脉宽相关的8个生理参数的脉宽结果进行对比，获得脉宽模型的高相关生理参数。结果：获得了8个生理参数在正常人范围内对脉宽的影响大小，并结合临床医师脉诊过程中的实际情况筛选出了血管直径、血压差、皮肤弹性模量作为脉宽模型的高相关参数。结论：将有限元分析方法用于中医脉象要素的科学评估是有效的，能够还原传统中医的脉诊流程，评价脉象要素模型的高相关参数。以简便的方法获取到建立脉象预测模型所需的关键生理参数，可为中医医师脉诊过程提供科学验证和参考，后续期望能利用高相关生理参数建立起的预测模型实现对患者的健康标准评测和疾病风险预测。     

模拟推拿手法对家兔颈椎间盘倾斜角度及生物力学变化的影响

目的：从家兔颈椎间盘倾斜角度的侧面出发,研究推拿手法与颈椎曲度、生物力学之间的关联性.方法：对家兔颈椎进行CT扫描,通过MIMICS三维重建软件将扫描图像进行三维重建,运用MIMICS三维重建软件及ANSYS有限元生物力学分析软件对图像和三维颈椎进行分析.结果：不同三维模型同一椎间盘节段倾斜角度比较：相同椎间盘节段颈屈后伸位模型与正常曲度位模型比较均有显著性差异（P＜0.05）,且椎间盘1、3、5、6节段颈屈后伸位模型与正常曲度位模型比较有显著性差异（P＜0.01）;前屈20°应力下同一颈椎节段不同曲度模型间应力比较：颈屈后伸位模型椎间盘倾斜角度虽然与正常曲度位模型比较也有显著性差异,但变化不大.结论：颈屈后伸位（即模拟推拿后伸手法）各节段椎间盘应力变化处于良性状态.     

颈椎单节椎体平移错缝对颈椎主要结构应力影响的有限元分析

目的:探讨颈椎单节椎体平移错缝对颈椎主要结构应力的影响。方法:选取1名无颈部病变的健康志愿者,采用GE 64层螺旋CT机对该志愿者进行层厚0.625 mm的螺旋扫描及断层图像处理,扫描范围为颅底至C 7椎体下缘。基于CT扫描数据,应用三维有限元建模处理软件建立正常颈椎三维有限元模型,并对模型进行有效性验证。基于建立的正常颈椎三维有限元模型,通过对各特定节段椎体分别进行平移运动(位移1.5 mm,不超过椎间盘1/4),模拟颈椎单节椎体平移错缝,获得颈椎单节椎体平移错缝三维有限元模型。基于Abaqus6.10有限元分析软件观察颈椎单节椎体平移错缝对椎动脉、脊髓、关节突关节、椎间盘等颈椎主要结构应力的影响。结果:①正常颈椎三维有限元模型验证结果。本研究所建立的正常颈椎三维有限元模型涉及744628个单元、248212个节点;模型外观逼真,包含了颈椎椎体、椎板、棘突、横突、关节突、椎间盘、椎动脉、脊髓、韧带等重要解剖结构。模型具有良好的活动度,其前屈、后伸、侧屈、旋转活动度与经典文献报道的数据基本一致。②颈椎单节椎体平移错缝对颈椎主要结构应力的影响。颈椎单节椎体平移错缝会对椎动脉、脊髓、关节突关节及椎间盘的应力产生影响。C 2平移错缝时椎动脉增加的应力最大(42.81 Pa),C 6次之(30.62 Pa),C 5最小(21.19 Pa)。C 6平移错缝时脊髓增加的应力最大(32.12 Pa),C 5次之(30.46 Pa),C 1最小(5.59 Pa)。颈椎单节椎体平移错缝会对其上、下位关节突关节及椎间盘的应力产生影响,其下位关节突关节和椎间盘的应力大于上位关节突关节和椎间盘的应力。结论:颈椎单节椎体平移错缝后,椎动脉、脊髓、关节突关节及椎间盘等颈椎主要结构的应力均会受到影响。     

膝骨性关节炎经筋证型分布规律研究及其生物力学机理分析

目的：研究膝骨性关节炎经筋证型的分布规律,并探讨经筋证型的生物力学机理。方法：选取70例膝骨性关节炎（KOA）患者共102个患膝,采用手触诊法,统计经筋病灶点出现频次和经筋证型出现比率。结果：膝骨性关节炎患者存在足阳明经筋、足少阳经筋、足三阴经筋3种单一经筋证型和多种复合证型,其中足阳明经筋证型出现最多;随着疾病发展,出现了较多足太阳经筋复合证型。结论：KOA经筋证型的出现与膝关节解剖学结构和其生物力学特性密切相关,研究结果既为临床治疗打下基础,也为开展KOA经筋辨证的生物力学现代研究提供了理论依据。     

强骨胶囊对去卵巢大鼠血清OPG、RANKL表达影响的研究

目的：建立去卵巢大鼠骨质疏松症的动物模型,观察强骨胶囊对其血清中骨保护素（OPG）、核因子-Кβ受体活化因子配基（receptor activator of nuclear factr-kappaβ1igand,RANKL）、雌激素水平、胫骨干骨密度及胫骨生物力学的影响。方法：将3月龄48只SD雌性大鼠按照1：3的比例随机分为空白组、手术模型组。手术模型组制备成为去势大鼠模型,3个月后再将手术模型组大鼠进一步随机分为3组：强骨胶囊组、尼尔雌醇组、模型对照组,分别予以强骨胶囊、尼尔雌醇、蒸馏水（每组12只）进行灌胃3个月,3个月后处死空白组和手术模型组大鼠,取大鼠双侧胫骨及血液标本,检测治疗前后大鼠的胫骨骨密度、血清OPG、RANKL值,雌激素水平、胫骨生物力的变化。结果：追模后3个月手术模型组与空白组相比较骨密度显著下降（P〈0．05）;经过3个月的治疗后,其中强骨胶囊组、尼尔雌醇组与模型对照组大鼠血清OPG、RANKL含量及大鼠各部位骨密度相比有统计学意义（P〈0．05）。结论：强骨胶囊对细胞因子轴OPG／RANKL／RANK系统有调节作用,能提高去卵巢大鼠胫骨骨密度及血清OPG含量,降低去卵巢大鼠血清RANKL浓度,同时改善胫骨生物力学性能。     

以改良Hulth法建立兔膝骨性关节炎关节软骨的病理变化

目的：观察以改良Hulth法建立的兔膝骨性关节炎关节软骨的病理变化,以探讨其病变机制。方法：采用改良Hulth法建立兔膝骨性关节炎模型,利用＂测定双足平衡设备＂检测和评价兔膝关节功能变化,肉眼观察兔膝关节大体结构。组织切片苏木精-伊红染色,光镜下观察关节软骨组织结构,应用显微电脑测量软件测量关节软骨厚度。运用TUNEL法检测软骨细胞的凋亡,并应用透射电镜观察关节软骨超微结构的变化。结果：模型组右侧（患侧）膝关节蜷缩、无力,检测显示以左侧后足承重为主。模型组兔膝关节软骨出现退变的表现,软骨细胞过度凋亡,其凋亡指数明显高于正常组（P〈0.05）。模型组膝关节软骨厚度较正常组有明显减小（P〈0.05）。模型组关节软骨超微结构明显受损,软骨细胞出现核固缩,线粒体肿胀,粗面内质网扩张、脱颗粒;软骨基质内胶原纤维断裂溶解,结构模糊。结论：采用改良Hulth法可以成功复制膝骨性关节炎模型,模拟临床膝骨性关节炎的病理变化。     

南葶苈子化学拆分工艺研究

目的:建立南葶苈子的化学组分拆分方法,并对拆分组分进行稳定性和互不交叉性考察。方法:采用煎煮、蒸馏、萃取、醇沉、大孔吸附树脂等技术获得南葶苈子拆分组分,采用HPLC及化学计量学软件进行稳定性和互不交叉性评价。结果:将南葶苈子拆分为6个组分,HPLC色谱数据及化学计量学分析结果显示拆分工艺稳定,各拆分组分互不交叉,符合可拆分可组合的研究模式。结论:建立了南葶苈子化学组分拆分方法,各拆分组分互不交叉,工艺稳定性、重现性良好。