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.     

眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型的建立

目的利用螺旋CT建立眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型,为眶部种植生物力学研究提供模型支持。方法利用64排螺旋CT扫描正常成人颅颌骨,数据导入SolidWorks和ANSYS Workbench建模软件,形成眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。结果建立的三维有限元模型具有良好的几何相似性和力学相似性,可满足模拟加载的需要。结论采用CT扫描数据和SolidWorks、ANSYS Workbench等软件,可以建立切实可行的眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。     

胫骨数字仿真模型的建立及其意义

目的:建立胫骨的三维有限元模型,为胫骨生物力学提供仿真数字平台和前瞻性理论指导。方法:根据螺旋CT的平面扫描图像,重建出胫骨全段的三维数字模型,并进行验证。结果:胫骨全长的三维实体及有限元模型被建立。结论:本研究所建立的胫骨有限元,较以往更真实地反应了胫骨的几何结构,而且在力学研究方面能够对真实的胫骨进行可信的模拟。     

球囊扩张骨水泥填充治疗股骨头缺血坏死的有限元分析和生物力学研究

目的采用有限元分析的方法研究球囊扩张骨水泥填充在治疗股骨头缺血性坏死中的生物力学变化,为临床应用提供理论依据。方法在人新鲜股骨头缺血性坏死标本上,模拟经皮穿刺球囊扩张骨水泥填充操作过程,并采用螺旋CT对股骨头标本薄层扫描重建股骨头三维模型。采用有限元分析技术,模拟平地步行单髋的峰值受力情况进行加载和求解,分别对股骨头缺血性坏死模型和球囊扩张骨水泥填充的模型进行计算,对股骨头负重区、股骨颈周围区域和股骨头顶端的Von-Mises值进行计算和分析。另取新鲜人缺血性坏死股骨头标本8个,模拟球囊扩张骨水泥填充手术操作,对操作前后股骨头在不同负荷下的位移进行测量,对比标本的测试结果和有限元模拟所得的负荷-位移结果,对所建立的模型进行验证。结果有限元分析结果显示球囊扩张骨水泥填充后,股骨头的负重区所承受应力显著降低,股骨头顶端和股骨颈的应力分布均匀。标本生物力学测试显示骨水泥填充后股骨头的承载能力增加。有限元分析结果和标本生物力学测试结果相似。结论球囊扩张骨水泥填充股骨头坏死区域,增强了股骨头的支撑能力,能够有效抵抗股骨头塌陷,可能避免股骨头塌陷进一步进展。     

仿生种植牙三维有限元模型的建立

目的：建立成人上颌中切牙的仿生种植三维有限元模型,探讨仿生种植牙的生物力学特性.方法：以成人上颌中切牙为标本,通过螺旋CT扫描和计算机图像处理技术,获取中切牙各截面的轮廓坐标数据,再通过CAD技术进行单元网格的自动划分,形成SuperSAP模型数据文件,输入到SuperSAP93有限元专用分析软件后建模.结果：建立了有效的仿生种植牙三维有限元模型.结论：模型的几何相似性、生物力学相似性均佳,可用于仿生种植牙的生物力学研究.     

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.     

股骨头坏死钽棒支撑植入术模拟及有限元模型的建立

目的：模拟股骨头坏死钽棒支撑植入术的手术操作流程,建立股骨头坏死钽棒支撑植入术的三维有限元模型,并模拟股骨轴向受力状态的应力分布。方法：成年女性ARCOII股骨头坏死1例,做骨盆的CT扫描,运用MIMICS15．0对骨盆进行三维重建,按手术需求采用Pro／Engineer5．0设计克氏针和钽棒三维模型,然后模拟钽棒支撑植入术的操作过程,接着利用ANSYS12．0对建立股骨头坏死钽棒支撑术的有限元模型。结果：重建了坏死区域的部位、形状和大小,模拟了钽棒支撑植入术的操作流程,建立了股骨头坏死钽棒支撑植入术有限元模型节点共129968个,单元共92426个。结论：为进行目的明确的定向研究和临床带教提供了高仿真性的数字模型;也为术前的手术模拟和生物力学分析提供了精度高的有限元模型。     

腰椎小关节接触模型的有限元分析

目的建立腰椎4-5运动节段的有限元模型,分析小关节在不同状态下的生物力学特性。方法获取一新鲜成人尸体腰椎4-5节段的断层CT扫描图像,利用此二维图像建立三维立体有限元模型,小关节部位处理为接触问题。模拟人体的不同承载状态对此模型进行计算处理。结果小关节在不同状态下承担着不同的载荷,特别是在椎体轴向旋转运动状态下抗旋作用更明显。结论小关节部位应该处理为接触问题,这有助于正确了解脊柱运动节段的生物力学特性。     

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.     

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。     

股骨颈骨囊肿三维数字模型的建立

目的：需求基于CT断层图像快速准确重建股骨颈骨囊肿数字模型及三维可视化的方法。方法：基于髋关节的64排螺旋CT连续断层扫描所得的二维图像, Mimics软件分别重建髋臼,近端股骨,股骨颈及骨囊肿组织的三维可视化结构并对骨囊肿区域进行三维测量。结果: mimics医学图像处理软件对髋关节CT扫描的Dicom格式数据进行三维重建图像结构清晰,可真实再现髋臼和近端股骨的结构,并且能够对骨囊肿区域予以定位,体积予以计算,骨囊肿三维测量的数据精确可信,与术前影像资料及术中所见大致吻合。结论：Mimics软件根据CT扫描所得的Dicom原始数据能准确重建股骨颈骨囊肿的三维数字模型,为股骨颈残余骨质的评估及个性化治疗方案的选择治疗了提供了客观的依据。     

股骨三维有限元快速建模及骨密度值求解的初步研究

运行Ansys命令流文件快速建立股骨三维有限元模型,完成股骨骨密度值的精确求解并进行验证。方法对12侧完整的新鲜成人尸体股骨标本,采用真实测量方法(真实测量组)与有限元分析方法(有限元分析组)测量骨密度值。有限元分析组进行高速薄层CT扫描、Mask文件编辑、初步三维重建、表面光滑处理、输出股骨三维模型、运行Ansys命令流文件1完成网格划分,在Mimics中对股骨三维模型赋予材料属性,完成有限元建模、分析,运行Ansys命令流文件2及文件3,读取体单元的数值及体积,在Excel中完成体单元的体积统计,与相应的密度值的乘积即为各材料属性的质量,从Mimics中直接读取三维模型的体积,求得骨密度值。真实测量组将股骨标本以电子天平精确称重后计算真实骨密度值。2组骨密度值的数据进行单因素方差分析。结果快速完成了12侧股骨标本有限元建模并完成简易的有限元分析;2组骨密度值比较差异无统计学意义(P=0.447)。结论使用Ansys命令流文件的方法可以提高有限元建模的效率;在完成有限元建模的同时可获取精确的骨密度值。     

股骨头缺血性坏死43例CT诊断

目的探讨股骨头缺血性坏死的CT表现及诊断。方法利用螺旋CT对43例股骨头进行扫描,分析57个股骨头缺血性坏死的CT表现。结果早期股骨头坏死表现为股骨头星芒状征消失,晚期股骨头塌陷,囊状改变,关节面模糊,关节间隙变窄等。结论CT检查对股骨头坏死的诊断和分期有很高的临床价值。     

老年患者人工股骨头置换的三维有限元分析

目的 对人工股骨头置换治疗的老年股骨转子间不稳定骨折有限元模型进行生物力学分析。方法 对1 名健康老年男性志愿者左侧股骨行螺旋CT 断层扫描后将数据导入Mimics14.0 软件得到股骨实体,获得左侧股骨转子间不稳定骨折模型。根据AML 生物型假体及Muller 骨水泥假体的设计参数,制作AML 普通柄、加长柄及骨水泥柄模型,并植入骨折模型中模拟3 种不同材料的人工股骨头置换术。将人工股骨头置换模型与正常股骨模型导入Ansys13.0 软件中,对各部分材料赋值后加载负荷并作应力分析。结果 正常股骨自近端至远端不断增加,并于中下段达到峰值。人工股骨头置换后并未改变股骨总体的应力趋势,同样是由近端到远端逐渐增加,应力集中部位为全长股骨中段,但股骨近端的受力小于正常股骨,同时股骨上最大等效应力增加。3 种假体受力集中部位均为骨髓腔峡部与假体连接处,假体的最大等效应力相近;3 种假体对股骨受力的影响趋势相同,但加长柄对股骨下端应力的改变小于普通柄,股骨的最大等效应力由高到低依次为加长柄、普通柄和骨水泥柄。结论 人工股骨头置换术用于Tronzo-Evans IV 型股骨转子间不稳定骨折可提高股骨的最大等效应力。     

Iatrogenic distal femur fracture following medial femoral supracondylar bone graft harvest: a case report and finite element analysis

Objective: This report presents a case of supracondylar femur fracture with finite element analysis and discusses its causes and prevention.Patient and Methods: A 53-year-old man presented with right talar osteonecrosis after osteosynthesis for a talus fracture. A medial femoral condyle-free vascularized bone graft (size, 20 × 12 × 17 mm) from the contralateral femur was performed, including the posteromedial cortical corner. The patient suffered a donor-site supracondylar femoral fracture while standing up from a cross-legged sitting position on the bed on postoperative day 6. The fracture was treated with intramedullary nailing. We analyzed the effects of the location of the bone graft harvest in an intact model using the three-dimensional finite element method (FEM).Results: The talar necrosis and the femur fracture healed. The FEM result revealed that the longitudinal axial pressure had minimal effect on the femur; however, the stress around the bone defect increased with rotation, especially in the posteromedial bone defect model.Conclusion: Harvesting the bone graft should not include the posteromedial corner of the supracondylar femur. The patient should strictly limit the motion of torsional stress, such as standing from a cross-legged sitting position or pivoting turn.     

Elite全髋置换前后股骨应力变化的三维有限元分析

目的 研究Elite骨水泥型全髋置换前后股骨应力分布的变化。方法根据正常人体CT扫描三维重建股骨的形态以及．Depuy公司的Elite假体形态建立三维有限元模型,并加载关节负荷,分析假体植入前后股骨总体应力的改变并对股骨应力分布及改变进行分区量化研究。结果：Elite假体植入后没有改变股骨总体的应力模式,但降低了股骨近端假体周围骨质应力水平,尤以股骨距、股骨近端内侧及大粗隆最明显,产生了应力遮挡,假体末端出现应力增高现象。结论。Elite假体植入后在股骨近端产生应力遮挡,尤以股骨距、股骨近端内侧及大粗隆最明显,假体末端出现应力集中现象。