多层螺旋CT在建立上颌骨三维有限元模型中的应用

目的：为了能够提高牙颌组织有限元分析研究的水平，拟探讨利用多层螺旋CT获取上颌骨扫描数据，进而快速地建立高精度的上颌骨三维有限元模型的方法。 方法：2004—07采用西安市中心医院多层螺旋CT对1名上下颌牙列缺失经全口义齿修复已1年，上颌牙槽嵴宽大丰满的男性进行头面部扫描，利用专业造型软件完成三维实体模型的重建，并在此基础上建立完整无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型。 结果：获取了精确的头面部多排螺旋CT扫描断层影像数据，利用所得数据建立了63360个节点、38879个单元的无牙颌上颌骨计算机模拟全口义齿修复三维有限元模型．完整重现了上颌骨复杂的形态，得到了上颌骨、颈骨、颅骨以及上颌窦．眶腔等结构鲜明、直观的印象。 结论：利用多层螺旋CT扫描数据建立上颌骨三维有限元模型，无需描记轮廓线、插层等人工操作，能够尽可能地排除人为的干扰，既缩短了建模时间，又提高了所建立模型的精度。     

多层螺旋CT在建立上颌骨三维有限元模型中的应用

目的:为了能够提高牙颌组织有限元分析研究的水平,拟探讨利用多层螺旋CT获取上颌骨扫描数据,进而快速地建立高精度的上颌骨三维有限元模型的方法。方法:2004-07采用西安市中心医院多层螺旋CT对1名上下颌牙列缺失经全口义齿修复已1年,上颌牙槽嵴宽大丰满的男性进行头面部扫描,利用专业造型软件完成三维实体模型的重建,并在此基础上建立完整无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型。结果:获取了精确的头面部多排螺旋CT扫描断层影像数据,利用所得数据建立了63360个节点、38879个单元的无牙颌上颌骨计算机模拟全口义齿修复三维有限元模型,完整重现了上颌骨复杂的形态,得到了上颌骨、颧骨、颅骨以及上颌窦、眶腔等结构鲜明、直观的印象。结论:利用多层螺旋CT扫描数据建立上颌骨三维有限元模型,无需描记轮廓线、插层等人工操作,能够尽可能地排除人为的干扰,既缩短了建模时间,又提高了所建立模型的精度。     

应用三维有限元建立下颌第一磨牙模型的生物力学特征

目的：建立下颌第一磨牙的三维有限元模型，为下颌第一磨牙的生物力学研究提供一个数字模型。方法：实验于2004-04／12完成。CT扫描在第四军医大学西京医院放射科进行，三维有限元模型的建立在西安理工大学理学院应用数学系实验室进行，样本取自第四军医大学口腔医院牙体科教学组。选取中国人标准形态的右侧下颌第一磨牙为样本，螺旋CT扫描正常下颌骨得到下颌第一磨牙的24副断层图像，将图像在计算机上进行处理得到下颌第一磨牙的三维有限元模型。结果：建立的有限元模型包括牙齿、牙槽骨、牙周膜在内，共4862个节点，4051个单元。结论：该模型可满足对该下颌第一磨牙进行牙体修复时的各种力学分析。     

应用三维有限元建立下颌第一磨牙模型的生物力学特征

目的:建立下颌第一磨牙的三维有限元模型,为下颌第一磨牙的生物力学研究提供一个数字模型。方法:实验于2004-04/12完成。CT扫描在第四军医大学西京医院放射科进行,三维有限元模型的建立在西安理工大学理学院应用数学系实验室进行,样本取自第四军医大学口腔医院牙体科教学组。选取中国人标准形态的右侧下颌第一磨牙为样本,螺旋CT扫描正常下颌骨得到下颌第一磨牙的24副断层图像,将图像在计算机上进行处理得到下颌第一磨牙的三维有限元模型。结果:建立的有限元模型包括牙齿、牙槽骨、牙周膜在内,共4862个节点,4051个单元。结论:该模型可满足对该下颌第一磨牙进行牙体修复时的各种力学分析。     

逆向工程法建立下颌第一磨牙种植体有限元模型

背景:逆向工程建模在以往的研究中也较多采用,但针对种植方面建模的研究却鲜见,尤其下颌磨牙种植方面的研究更为少见.而下颌磨牙是牙列中缺失率最高的,所以利用逆向工程建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,对下颌磨牙种植修复的研究具有参考价值.目的:利用逆向工程快速建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,为口腔生物力学的研究提供数学模型基础.方法:通过螺旋CT扫描正常下颌骨,Mimics软件读取断层影像数据、数据分割、三维重建,应用Magics软件优化网格设计,Pro/E软件前处理实体模型,SolidWorks2007软件建立三维有限元模型并划分网格、求解.结果与结论:成功地重建了正常牙槽骨高度的下颌第一磨牙种植体三维有限元模型,与实体模型具有高度的几何相似性,力学性质、网格质量较好,模型可以根据需要进行简便易行的修改.可为研究不同种植设计方式修复下颌第一磨牙种植体周围骨的应力分析,提供极好的模型支持.     

两种颌间牵引对下颔骨微种植体及周围影响的三维有限元分析

背景：有限元分析能够模拟正畸治疗方法,并对模型进行生物力学分析,此方法被认为是一种重要的、新的正畸生物力学分析方法。目的：以三维有限元方法分析下颌骨微种植体及周围牙齿在颌间Ⅱ类、Ⅲ类牵引状况下的应力分布。方法：选择一个牙列完整（无第三磨牙）,咬合关系正常,后牙中性颌,无任何颞下颌关节紊乱症状和体征及病变的成年女性志愿者,24岁。采用螺旋CT对志愿者行闭口位头颅CT断层扫描,应用Ansys多种软件结合的方法,建立颞下颌关节、下颌骨及下颌牙列、微种植体的三维有限元模型,模拟临床颌间II类、III类牵引对微种植体及周围牙齿应力的影响,并对其进行分析。根据方向分别加载,力值为1N。结果与结论：①所建三维有限元模型具有较好的几何相似性。②颌间Ⅱ类牵引：种植钉在上颌在尖牙和第一前磨牙之间,下颌在第二前磨牙和第一磨牙之间。第一磨牙应力分布大于第二前磨牙,但第二前磨牙牙周膜应力分布大于第一磨牙牙周膜。③颌间Ⅲ类牵引：种植钉在上颌在第二前磨牙和第一磨牙之间,下颌在尖牙和第一前磨牙之间。下颌尖牙及其牙周膜应力分布大于下颌第一前磨牙。④微种植体及周围牙齿在进行颌间牵引时应力分布变化微小。     

应用CT断层图像快速构建人体骨骼有限元几何模型的方法

目的:寻求更为快捷、精确的基于CT断层图像重建人体骨骼结构有限元几何模型建立方法。方法:利用Philips/Brilliance64排螺旋CT各向同性分辨率0.625mm的薄层扫描技术,基于0.4mm层厚118层人体寰枢椎的连续断层图像,Mimics直接读入Dicom格式原始图像,界定骨组织阈值后软件自动提取各层面轮廓线,每层图像经边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得寰枢椎骨骼三维几何模型,面网格可保存为后缀名.lis的ANSYS文件,能直接导入Ansys有限元分析软件生成三维有限元模型。结果:建立了更为精确、快捷的寰枢椎骨骼三维有限元几何模型,面网格可直接导入Ansys有限元软件,进一步行模型求解。结论:薄层CT扫描技术,Dicom标准的应用使有限元模型的建立更为精确,Mimics软件直接建立人体骨骼结构的有限元几何模型,极大程度提高了建模效率。     

微型种植体支抗与口外J钩在安氏Ⅱ类Ⅰ分类患者前牙力学矫治过程中的比较

背景：许多临床病例表明微型种植体在内收前牙的牙齿力学正畸过程中是强有效的支抗。 目的：比较微型种植体和头帽口外力装置作为正畸强支抗矫正安氏Ⅱ类Ⅰ分类患者内收前牙的有效性。 设计、时间及地点：以X射线头影片测量分析的观察验证性实验，于2003—06／2007—10在桂林医学院附属医院口腔正畸科完成。 对象：选择双颌前突和上颌前突的安氏Ⅱ类Ⅰ分类需要拔牙矫正患者32例。其中使用微型种植体作为支抗16例，使用口外J钩作支抗16例。方法：种植体支抗组在上颌双侧第一恒磨牙与第二前磨牙之间的牙槽间隔内植入微型自攻型钛合金种植体作为支抗关闭间隙。初期使用种植体做尖牙向后结扎，整平牙弓后在上颌侧切牙远中装置牵引钩，种植体与牵引钩之间采用弹性牵引关闭拔牙间隙。口外J钩支抗组使用Ⅱ类牵引加头帽口外J钩滑动法加强后牙支抗关闭拔牙间隙，采用传统加强支抗的方法，上下颌第一、二恒磨牙均上带环同时配合上颌口外弓及下颌唇档加强支抗。矫正前后拍摄头颅定位侧位片进行对比分析。 主要观察指标：比较两组矫正前后X射线头影测量的线距，观察第一磨牙的位置改变。结束后观察患者前牙覆耠覆盖关系和Ⅱ类磨牙关系的改变，以及面型凸度的改善程度。 结果：种植体周围组织健康，有2例微型种植体发生松动，经取出重新植入后保持了稳定。两组正畸治疗后均建立了正常的前牙覆耠覆盖关系，Ⅱ类磨牙关系得到纠正，第一磨牙的位置稳定，上前牙均得到较多的内收，面部突度也明显减小。X射线头影测量结果显示，种植体支抗组上颌第一磨牙为近中整体前移，其冠部平均前移0．86mm，切牙切缘平均内收6．17mm;而口外J钩支抗组支抗磨牙近中平均前移2．36mm，切牙切缘平均内收4．51mm，两组比较差异有显著性意义（P〈0．05）。 结论：微种植体可以达到与口外J钩一样对前牙生物力学的矫治效果，且支抗作用更强。在安氏Ⅱ类Ⅰ分类错猞畸形矫治时可以完全替代口外J钩。     

国产自攻型微型钛钉支抗在内收前牙治疗中的效果

目的:探讨国产自攻型微型钛钉种植支抗在拔牙矫治内收前牙治疗中的临床应用。方法:19例诊断为安氏I类和I I类错牙合,上牙弓前突或双牙弓前突患者,矫治设计为拔除双侧第一前磨牙,支抗设计为磨牙强支抗,用微型钛钉植入上颌第一磨牙与第二前磨牙颊侧根尖之间的牙槽间隔,结合直丝弓技术进行滑动法关闭拔牙间隙。以每侧150~200 g力滑动法内收前牙。参考前颅底平面及种植体支抗的位置,比较治疗前、后头颅定位侧位片,测量前牙内收情况和磨牙支抗的变化。结果:19例牙弓突度均有明显改善,切牙切缘内收(6.73±1.83)mm,支抗磨牙平均前移0.8 mm,均达到了强支抗的效果。结论:国产自攻型微型钛钉种植支抗作为稳定的正畸支抗,操作方便,不依赖患者的合作,能有效地控制后牙支抗,使前突的牙弓获得最大程度的内收,扩大了正畸治疗的范围。     

三维有限元分析不同生物力作用的上颌第一前磨牙

背景：应用有限元分析法对微种植钉支抗的生物力学研究较少见,而有限元模型的准确性与否是决定了有限元分析结果的重要因素。目的：建立上颌第一前磨牙的三维有限元模型,并分析不同角度生物力作用于上颌第一前磨牙的移动特点。方法：利用牙科CT扫描上颌第一前磨牙获得数据,通过Mimics软件实现CT图像与三维模型的转换,根据DICOM数据建模法建立三维有限元模型,模拟在不同角度微种植钉支抗施力下进行生物力学实验,分析上颌第一前磨牙的位移情况。结果与结论：应用此方法获得上颌第一前磨牙的三维有限元模型的方法简便、精确,能最大程度的真实模拟生物力学实验,上颌第一前磨牙在微种植钉支抗作用下,产生远中倾斜移动、远中舌向旋转和压低运动的复合运动趋势。     

Effect of inclination and anteversion angles on kinematics and contact mechanics of dual mobility hip implants

BackgroundSteep inclination and excessive anteversion angles of acetabular cups could result in adverse edge-loading. This, in turn, increases contact pressure and impingement risk for traditional artificial hip joints. However, the influence of high inclination and anteversion angles on both the kinematics and contact mechanics of dual mobility hip implants has rarely been examined.MethodsThis study focuses on investigating both the kinematics and contact mechanics of a dual mobility hip implant under different inclination and anteversion angles using a dynamic explicit finite element method developed in a previous study.FindingsThe results showed that an inclination angle of both the back shell and liner ranging from 30° to 70° had little influence on the maximum contact pressure and the accumulated sliding distance of inner and outer surfaces of the liner under normal walking gait. The same results were obtained for an anteversion angle of the liner varying between −20° and +20°. However, when the anteversion angle of the liner was beyond this range, the contact between the femoral neck and the inner rim of the liner occurred. Consequently, this caused a relative rotation at the outer articulation.InterpretationsThis suggests that both inclination and modest anteversion angles have little influence on the kinematics and contact mechanics of dual mobility hip implants. However, too excessive anteversion angle could result in a rotation for this kind of hip implant at both articulations.     

微种植体复合力作用下竖直倾斜磨牙牙周膜的应力分析

背景：微螺钉种植体虽然能提供强支抗,但控制牙齿的三维移动存在不足。Tomas微种植钉的顶部设计成十字形,可固定方形弓丝,从而利用方丝控制牙齿的三维移动,目前对于研究Tomas微种植钉此方面的研究尚未见报道。目的：观察Tomas微种植体复合矫治力系统对竖直倾斜磨牙的影响。方法：对上颌第二恒磨牙向近中、颊侧倾斜的干燥头颅骨进行多层螺旋CT扫描,利用有限元软件建立上颌第二恒磨牙及其牙周支持组织的三维有限元模型,观察计算机模拟微种植体位于不同位置、施加不同的远中向力值和根颊向力偶矩值作用下磨牙牙周膜VonMises应力。结果与结论：牙周膜的最大应力均出现在上颌第二恒磨牙颈部,沿着根尖的方向应力逐渐减小,在2个牙根的根尖处未出现应力集中。提示实验所建立的有限元模型达到了几何相似性和生物力学相似性,可用于精确的生物力学分析;Tomas微种植体可控制牙齿的移动方式。     

Bone remodelling of the humerus after a resurfacing and a stemless shoulder arthroplasty

BackgroundNew implant designs, such as resurfacing and stemless implants, have been developed to improve the long-term outcomes of the shoulder arthroplasty. However, it is not yet fully understood if their influence on the bone load distribution can compromise the long-term stability of the implant due to bone mass changes. Using three-dimensional finite element models, the aim of the present study was to analyse the bone remodelling process of the humerus after the introduction of resurfacing and stemless implants based on the Global C.A.P. and Sidus Stem-Free designs, respectively.MethodsThe 3D geometric model of the humerus was generated from the CT data of the Visible Human Project and the resurfacing and stemless implants were modelled in Solidworks. Considering a native humerus model, a humerus model with the resurfacing implant, and a humerus model with the stemless implant, three finite element models were developed in Abaqus. Bone remodelling simulations were performed considering healthy and poor bone quality conditions. The loading condition considered comprised 6 load cases of standard shoulder movements, including muscle and joint reaction forces estimated by a multibody model of the upper limb.FindingsThe results showed similar levels of bone resorption for the resurfacing and stemless implants for common humeral regions. The regions underneath the head of the resurfacing implant, unique to this design, showed the largest bone loss. For both implants, bone resorption was more pronounced for the poor bone quality condition than for the healthy bone quality condition.InterpretationThe stemless implant lost less density at the fixation site, which might suggest that these implants may be better supported in the long-term than the resurfacing implants. However, further investigation is necessary to allow definite recommendations.     

Load response of an osseointegrated implant used in the treatment of unilateral transfemoral amputation: An early implant loosening case study

BackgroundOsseointegrated implants for transfemoral amputees facilitate direct load transfer between the prosthetic limb and femur; however, implant loosening is a common complication, and the associated implant-bone loads remain poorly understood. This case study aimed to use patient-specific computational modeling to evaluate bone-implant interface loading during standing and walking in a transfemoral amputee with an osseointegrated implant prior to prosthesis loosening and revision surgery.MethodsOne male transfemoral amputee with an osseointegrated implant was recruited (age: 59-yrs, weight: 83 kg) and computed tomography (CT) performed on the residual limb approximately 3 months prior to implant failure. Gait analyses were performed, and the CT images used to develop a finite element model of the patient's implant and surrounding bone. Simulations of static weight bearing, and over-ground walking were then performed.FindingsDuring standing, maximum and minimum principal strains in trabecular bone adjacent to the implant were 0.26% and −0.30%, respectively. Strains generated at the instant of contralateral toe-off and contralateral heel strike during walking were substantially higher and resulted in local trabecular bone yielding. Specifically, the maximum and minimum principal strains in the thin layer of trabecular bone surrounding the distal end of the implant were 1.15% and −0.98%, respectively.InterpretationLocalised yielding of trabecular bone at the interface between the femur and implant in transfemoral amputee osseointegrated prosthesis recipients may present a risk of implant loosening due to periprosthetic bone fracture during walking. Rehabilitation exercises should aim to produce implant-bone loading that stimulates bone remodelling to provide effective bone conditioning prior to ambulation.     

牙种植体及其上部结构三维有限元模型的建立

目的探讨建立牙种植体及其上部结构、下颌骨骨块的三维有限元模型的方法。方法使用Pro/ENGI-NEER wildfire（Pro/E）2.0软件建立包含牙种植体及其上部结构、下颌骨骨块三维实体模型,导入Ansyswork-bench 10.0有限元分析软件,进行单元划分及初始应力的验证分析,建立三维有限元模型。结果本研究建立了含有上部结构的牙种植体及下颌骨骨块三维有限元模型,牙种植体及其上部结构的大小、形态及尺寸与实体情况完全一致,应力分析与以往报道的三维有限元模型的研究结果亦相一致。结论应用pro/E 2.0软件的自适应功能可建立牙种植体及其上部结构的三维有限元模型,为后期力学分析提供准确、灵活、快速的平台。     

微型种植体在加强正畸支抗中的应用

目的：分析微型种植体支抗在口腔正畸中的应用效果。方法：以＂支抗,种植体＂为中文关键词,检索2000-01/2010-12相关文章。纳入与支抗与种植体相关研究文献;排除重复研究。以16篇文献为主重点进行讨论。并选择34例错牙合畸形患者作为临床验证。采用直丝弓矫治技术,在排齐和整平牙列之后采用0.046cm×0.064cm不锈钢方丝滑动法内收前牙。同时在上颌两侧第1恒磨牙与第2前磨牙之间龈缘下5~8mm处植入微型纯钛种植体,在种植体与上颌侧切牙远中牵引钩之间采用弹性牵引关闭拔牙间隙。每侧以150~200g力滑动内收6个前牙。结束后拍摄X射线头颅定位侧位片,并进行X线头影测量分析,与矫治前进行对比。结果：目前在口腔正畸中,增强支抗的常用方法有口外弓、横腭杆、Nance弓、种植体等。研究表明,传统方法难以获得完全的绝对支抗,临床上很难实现支抗磨牙不移动的治疗效果。经临床验证,采用微型种植体支抗,SNA、SNB、ANB的改变均不大,差异无显著性意义,上、下切牙牙轴、凸度均有明显改变,U1-NA距离减少了4.5mm,L1-NB距离减少了2.6mm,差异均有显著性意义,上颌第1磨牙牙冠向近中仅移动了0.4mm,其变化无显著性学意义（P〉0.05）。结论：微种植体虽不是绝对支抗,但是可以最大限度保护磨牙支抗,控制磨牙前移,获得理想的治疗效果。     

Biomechanical comparison of cervical discectomy/fusion model using allograft spacers between anterior and posterior fixation methods (lateral mass and pedicle screw)

BackgroundThe purpose of this study is to investigate effects of different fixation methods on the physical stress on allospacers, endplate-vertebral body, and implants using finite element model analyses.MethodsStress distribution and subsidence risk according to the fixation methods under the condition of hybrid motion control were analyzed. The detailed finite element model of a previously validated, three-dimensional, intact cervical spinal segment model, with C5–C6 segmental fusion using allospacer, was used to evaluate the biomechanical characteristics of different fixation combinations, such as anterior plate/screws, lateral mass screw, and posterior pedicle screw.FindingsThe load sharing on allospacers increased in extension in order of posterior pedicle screws (21.4%), lateral mass screws (31.5%), and anterior plate/screws (56.6%). lateral mass screw demonstrated the highest load sharing (68.1%) on the allospacer in flexion. The Peak von Mises stress of the allospacer was the lowest in flexion and axial rotation but the highest in extension with anterior plate/screws. Allospacer subsidence risk was the lowest in extension, lateral bending, and axial rotation with posterior pedicle screws but the lowest in flexion with anterior plate/screws. The bone-screw loosening risk was the lowest in all modes with posterior pedicle screws but the highest with anterior plate/screws.InterpretationPosterior pedicle screws demonstrated the best mechanical stability of allospacer failure-subsidence and the lowest risk of screw loosening. Different motion restrictions depending on the fixation method should be considered for implant and allospacer safety.     

有限元分析在中医正骨手法治疗腰椎疾病作用机制中的应用

背景:有限元分析方法探讨中医正骨手法治疗腰椎疾病过程中腰椎生物力学变化的特点及作用机制,将其转变为数字化结果显示,研究手段具有先进性,是数字化骨科研究的有效方法。目的:对有限元分析法研究中医正骨手法治疗腰椎疾病与损伤的作用机制进行总结。方法:应用计算机检索2000-01/2011-10PudMed、CNKI数据库、万方数据库、维普数据库及中华医学会数字期刊数据库及Google网络数据库中医正骨手法治疗腰椎疾病过程中腰椎生物力学变化特点及作用机制的相关文章,检索词"3-D finite element analysis mothed,lumbar disease,bonesetting massage manipulation"或"三维有限元分析法,腰椎疾病,正骨手法"。共检索到文献92篇,最终纳入符合标准的文献37篇。结果与结论:腰椎三维有限元模型的建立,能更好地模拟各种腰部手法的临床状态,可以得到与生物力学实验基本一致的结果,并且通过计算机图形图像技术将结果定性、定量、直观的显示出来。但是国内外目前对中医正骨手法作用机制及生物力学特性、临床量化和评价标准的有限元分析的相关研究较少,仍然不够深入。文章深入研究中医正骨手法治疗腰椎疾病与损伤的作用机制并进行数字化分析,为临床应用提供力学依据、量化及优化的理论与实验依据研究的新思路。