CT扫描资料间接法建立股骨上段三维有限元模型

目的 建立正常人体股骨上段三维有限元模型，作为今后该部位进一步有限元分析的基础。方法 采用活体股骨上段为对象，应用CT扫描技术，图形数字化方法获取股骨上面三维坐标，输入有限元分析软件ANSYS5．6，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扫描资料建立三维有限元模型切实可靠；间接法建立三维有限元模型比直接法更加简便，高效，可以更精确地模拟复杂几何形态的实体。     

基于磁共振图像构建髌股关节三维有限元模型

[目的]探讨基于活体髌股关节磁共振图像应用逆向工程准确构建髌股关节三维有限元模型的方法.[方法]采集1例健康青年男性志愿者膝关节磁共振图像,应用Mimics软件提取髌股关节轮廓曲线,再经AutoCAD软件及SolidWorks软件对曲面进行反求拟合、修整装配,生成了表面光滑的髌股关节骨软骨三维实体模型,并应用ABAQUS软件定义各部件材料力学属性、网格划分后,进行髌股关节应力分析.[结果]本研究成功建立了包括髌骨骨、软骨,股骨骨、软骨的三维有限元模型并进行应力分析,分析结果与既往研究方法结果相似.[结论]基于MRI数据可精确构建髌股关节三维实体模型,该模型可用于该关节的三维有限元应力分析,为深入对其进行生物力学研究提供技术支撑.     

成人髋臼发育不良的个性化股骨假体设计

目的探讨个性化股骨假体计算机辅助设计在成人髋臼发育不良（AD）行全髋关节置换术中的应用。方法取1例AD女性患者的髋关节和股骨全长CT扫描数据,直接以Dicom格式导人Mimics10．01矢量化处理后建立股骨三维模型,提取股骨髓腔轮廓并重组三维模型。上述模型通过Solid Work2005完成假体的优化处理。最后利用Mimics平台装载STL功能以及手术模拟模块完成假体虚拟植入。结果实现了基于CT二维资料的三维重建,设计的假体与患者股骨髓腔匹配良好,通过模拟假体良好装配帮助解决假体前倾角调整,髓腔匹配等一系列问题。结论以现代CT扫描所获得的二维影像资料在Mimics的矢量化处理后能获得精确的股骨三维模型;提取股骨髓腔并重建模型方便准确,与计算机辅助设计软件相结合可以设计出个性化股骨假体。     

三种固定方式治疗内侧缺损型股骨转子间骨折术后失败的有限元分析

目的通过有限元分析比较单纯动力髁螺钉(dynamic condylar screw, DCS)、锁定加压钢板(locking compression plate, LCP)联合DCS、股骨近端内侧解剖支撑钢板(medial anatomic buttress plate, MABP)联合DCS翻修治疗内侧缺损型股骨转子间骨折的生物力学差异。方法选取一名健康成年志愿者的股骨CT影像数据, 通过Mimics 21.0软件及Geomagic Studio 12软件重建股骨实体化三维模型。使用Ansys Workbench 18.0软件建立股骨转子间Evans-Jensen ⅡB型骨折模型。在Solidworks 2015软件中重建股骨近端防旋髓内钉(proximal femoral nail antirotation, PFNA)、DCS、LCP、MABP的三维模型;将PFNA与骨折模型进行装配, 随后取出PFNA, 建立股骨转子间骨折术后失败模型, 再模拟股骨转子间骨折术后失败保髋翻修手术进行装配固定, 分别采用DCS(无内侧支撑重建)、DCS+LCP(间接内侧支撑重建)、DCS+MABP...     

单臂外固定架治疗股骨粗隆间骨折股骨应力变化的三维有限元分析

[目的]研究单臂外固定架治疗股骨粗隆间骨折中股骨应力分布情况,为临床治疗提供理论依据。[方法]将股骨CT图像导入Mimics软件,建立股骨全长三维有限元模型。将模型输入Geomagic软件,对不规则的模型表面进行点云处理。在ANSYS软件建立单臂外固定架固定EvansⅠ型股骨粗隆间骨折模型,并在股骨头顶端施加轴向载荷411 N。[结果]固定当时股骨应力集中在股骨粗隆内侧2号螺钉与骨折交界处,应力最大为71.82 MPa,远小于螺钉的屈服强度。骨折愈合过程中最大应力出现在5号螺钉内侧,未出现明显应力集中现象。[结论]单臂外固定架治疗股骨粗隆间骨折安全、有效,其治疗骨折顺乎自然,合乎生理,符合生物力学。     

骨盆三维有限元模型的建立及意义

目的 旨在建立可靠的骨盆三维有限元模型,并对其进行分析与验证,为临床骨盆损伤模拟仿真提供生物力学依据. 方法选择正常志愿者1例,行骨盆多排螺旋CT扫描,Mimics 9.1重建三维图像,Freeform软件对模型进行修饰,以.iges格式导入有限元软件Ansys 9.0中,添加骨盆韧带等结构,构建正常骨盆有限元模型,加载后分析各部位应力. 结果建立了高精度骨盆三维有限元模型.模型共有221 139节点、143 115个单元.皮质骨、松质骨、耻骨联合、关节软骨为solid 32(固态32)单元,全部韧带为link(连接)单元.加载后行有限元分析结果表明骨盆稳定,韧带添加合理,仅在坐骨大切迹部位存在应力相对集中现象,结果贴近实际,与其他生物力学试验结果一致.结论 利用Mimics和Freeform建立正常骨盆有限元模型,具有较高真实性和精确度,能满足临床骨盆损伤模拟仿真分析的需要.     

骨质疏松性椎体骨折骨水泥强化术后骨水泥不同分布位置的三维有限元分析

目的 采用三维有限元分析研究骨质疏松性椎体骨折骨水泥强化术后骨水泥不同分布位置的生物力学改变.方法 选择6例健康成人志愿者,将其腰椎薄层CT平扫数据导入Mimics软件中,建立L1椎体骨质疏松性模型及前方、后方、右侧方填充骨水泥模型共4组.将模型导入Ansys软件中进行压力载荷模拟,记录角位移及最大压力.结果 站立位、...     

基于MRI图像的计算机膝关节建模新思路

目的研究以有限元分析为目标的使用Mimics软件三维重建膝关节的方法。 方法导入MRI图像到Mimics软件,利用"3D磁性套索"工具建立骨组织模型,利用"动态区域增长"工具建立软组织模型。 结果所得到膝关节三维模型包括了股骨、胫骨、髌骨、股骨软骨、胫骨软骨、前、后交叉韧带,内、外侧副韧带,及内外侧半月板,骨与软骨间、各韧带起止处紧密贴合,形态逼真。 结论在Mimics软件导入MRI图像建出膝关节三维模型更完整,骨组织和软组织间界限清晰,更适合后续有限元网格划分及分析。     

加长型PFNA内固定治疗股骨反粗隆间骨折的三维有限元研究

目的采用三维有限元方法分析加长型股骨近端防旋髓内钉(PFNA)内固定股骨反粗隆间骨折的生物力学特点,为股骨反粗隆间骨折的临床治疗提供理论依据。方法选取1名健康男性志愿者,进行股骨全长螺旋CT扫描,获取DICOM格式数据,用Mimics软件建立正常股骨模型,Creo Parametric软件建立加长型PFNA模型,再使用Geomagic Studio及3-matic软件生成加长型PFNA内固定股骨反粗隆间骨折有限元模型,最后利用ANSYS软件模拟计算各模型的应力及位移分布,进而分析加长型PFNA内固定股骨反粗隆间骨折的生物力学特点。结果加长型PFNA内固定股骨反粗隆间骨折模型应力分布与正常股骨模型接近,股骨两端应力相对较大,中段应力较小,骨折线两端应力分布均匀,以内侧骨皮质处应力最高。加长型PFNA模型应力主要集中于螺旋刀片、主钉近端及二者交界处,且主钉以远应力主要集中于内侧区域。加长型PFNA模型主钉位移在中段处最大,并向两侧递减,螺旋刀片以头部位移最大。结论加长型PFNA内固定股骨反粗隆间骨折的力学特点与正常股骨应力分布一致,内固定物可有效传导应力,符合股骨生物力学特点。     

膝关节盘状半月板有限元模型的构建及生物力学分析

[目的]通过CT和MRI数据融合构建膝关节盘状半月板有限元模型,并进行有限元分析和验证,为盘状半月板研究提供可靠的有限元模型。[方法]采集包含盘状半月板膝关节CT和MRI影像数据,导入到Mimics软件中,构建膝关节骨骼、半月板等结构的三维模型。以外部标记为参照点进行模型配准,融合成膝关节整体模型。在Ansys软件中进行网格划分,构建膝关节有限元模型。通过解剖观察和测量对有限元模型进行解剖真实度评估,对其设置材料属性、建立边界条件和施加载荷,进行有限元分析,并验证。[结果]在600 N轴向压力下,股骨与胫骨软骨面发生接触,半月板传导轴向载荷。外侧盘状半月板上表面挤压应力峰值为2.21 MPa,出现在体部的中央;内侧半月板上表面挤压应力分布于前角、体部、后角的游离缘,峰值为6.61 MPa,出现后角游离缘。股骨软骨的挤压应力峰值出现在外侧髁,为0.67 MPa;股骨内侧髁挤压应力峰值为0.52 MPa。胫骨软骨的挤压应力峰值出现在内侧平台,为1.39 MPa,胫骨外侧平台挤压应力峰值为0.62MPa。[结论]通过CT和MRI影像数据融合可以构建符合解剖学特征的膝关节盘状半月板有限元整体模型,能为研究盘状半月板生物力学行为提供可靠、有效的有限元模型。     

CBCT扫描结合逆向工程软件建立邻嵌体洞型三维有限元模型研究

目的：建立下颌第一磨牙含邻面（Ⅱ类）洞型三维有限元模型,为嵌体修复的生物力学分析奠定基础。方法：采用CBCT扫描的方法,iM mi cs软件读取断层影像数据,数据分割、三维重建,Geomagic软件补洞、精修,运用Pro/E软件制作洞型及嵌体,ANSYS workbench软件网格划分。结果：准确地建立了含有嵌体、牙釉质、牙本质、髓腔的邻面（Ⅱ类）洞型三维有限元模型,所得模型具有良好的几何相似性与生物力学性能相似性。结论：应用CBCT扫描结合逆向工程软件iMmics、Geomagic,及造型软件Pro/E,有限元分析软件ANSYS workbench建模的方法快捷可行。     

下颌骨截骨整形手术三维有限元模型的建立

目的：为研究下颌骨截骨整形手术的生物力学原理,建立了生物力学相似性较高的无牙下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型。方法：以颅颌面系统正常的女性青年志愿者为标本,经过薄层CT断层扫描得到DICOM格式文件,经Mimics和Ansys软件建模,采用只受拉的Link10单元模拟下颌韧带和咀嚼肌约束,采用接触单元对关节窝进行约束。结果：建立了包括颞下颌关节、肌肉和韧带的正常下颌骨三维有限元模型。可根据实验设计建立实验分模型。结论：提高了模型的相似性,为进一步研究下颌角截骨整形生物力学奠定了基础。     

体绘制分体建模法建立人体股骨有限元模型

背景：股骨三维有限元研究建模方法有很多种,而采用体绘制分体建模方法至目前为止尚未见报道。目的：采用体绘制分体建模方法建立正常人股骨三维有限元实体模型,分析该建模方法的优越性。方法：将CT原始图像进行去噪等预处理后,建立正常人股骨三维有限元模型,模型包括皮质骨、松质骨及髓腔3部分解剖结构。再将皮质骨分为3种材料、松质骨分为6种材料,骨髓为单一材料属性分体建模,并行有限元力学分析。结果：采用体绘制分体建模方法建立的人股骨三维有限元模型包括皮质骨、松质骨及髓腔解剖结构。结论：采用体绘制分体建模比整体建模单一划分材料更接近真实情况,更符合有限元分析的要求。     

脊柱颈胸结合部(C6-T1)三维有限元模型的建立及有限元分析

目的:采取三维有限元的方法,建立脊柱颈胸结合部有限元模型,给予纯力矩载荷测试模型各FSU的正常运动范围,验证模型的有效性并对其应力分布模式进行探讨。方法:利用螺旋CT连续扫描获得正常成年人颈胸部原始DICOM数据图像,采用Mimics软件进行数据处理后导入ANSYS软件,得到颈胸结合部模型骨性结构的三维实体。添加椎间盘和主要韧带结构,椎间盘采用壳-核单元,分别代表纤维环与髓核;韧带采用2节点缆索单元构造,韧带的起止点及横截面积根据参考文献确定。C6-7以及C7-T1关节突关节均定义为有摩擦系数的非线性接触关节。模型中T1下表面在所有方向上完全固定,在模型C6施加2.0Nm纯力矩,对模型进行屈曲、背伸、侧屈及轴向旋转试验,试验结果与体外生物力学试验进行对比验证。结果:所建的颈胸模型包括169317个节点和106242个单元,并且与体外生物力学试验结果基本吻合,能够通过验证,有限元受力云图可以看出,模型在外力作用下运行状况良好。结论:该试验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。     

下颌第一磨牙三维有限元模型的建立

目的：建立下颌第一磨牙三维有限元模型。方法：通过螺旋CT扫描的方法，利用Mimics、Geomagic Studio 7等图像处理软件，HyperMesh网格自动划分软件，通过特定的MSC．MARC有限元软件建立下颌第一磨牙三维有限元模型。结果：准确的建立了牙本质、牙釉质、髓腔、牙槽骨、牙周膜等组织形态的三维有限元模型。结论：本实验建模方法可行性强，方便快捷，具有良好的生物力学与几何力学相似性。为临床口腔医师提供了一种简捷而精确的有限元建模方法。     

骨水泥型长短柄假体置换治疗高龄粉碎性转子间骨折的三维有限元对比分析

目的 探讨高龄粉碎性转子间骨折行骨水泥型股骨假体置换术后的股骨应力分布,并对比分析长、短假体柄置换后的应力分布差异.方法 利用螺旋CT对志愿者的左侧股骨进行断层扫描获取图像数据,将图像数据经Mimics软件和Unigraphics建模软件处理后重建股骨三维模型.在此基础上,建立粉碎性转子间骨折、长、短柄股骨假体及骨水泥套的三维实体模型,最后利用有限元分析软件ABAQUS6.5建立长、短柄股骨假体治疗粉碎性转子间骨折的三维有限元模型,并对该模型进行生物力学分析.结果 长、短柄假体置换后股骨的应力分布没有发生明显改变,依然是由近端向远端逐渐增加,至内外侧中下1/3交界处达到峰值,再向末端又减小.短柄假体骨水泥-假体柄界面在未端内外侧形成应力集中区,且外侧峰值达21.3 MPa,超过了骨水泥疲劳强度;而长柄假体在骨水泥-假体柄界面远端内外侧及内侧中段形成应力集中区,但其峰值均低于骨水泥疲劳强度.骨水泥重建的股骨距部位未见明显的应力集中区.结论 骨水泥型长、短柄假体置换治疗高龄粉碎性转子间骨折不会引起股骨应力分布的明显改变.长柄假体的松动概率小于短柄假体,前者可能更适合治疗高龄粉碎性转子间骨折.     

下颌骨牵张成骨的有限元模拟

目的：建立下颌骨牵张成骨的有限元模型,以了解下颌骨牵张成骨形变发生的生物力学基础和形变规律。方法将下颌骨CT数据导入Mimics 10.1,按临床设计的截骨线位置进行模拟截骨,然后将数据输入Magics 9.9中进行模型优化。输入Ansys 12.0建模,并进行下颌骨牵张成骨的模拟。结果牵张成骨的位移变化、应力及软组织改变均可直观有效地模拟。结论有限元分析可以总结手术效果,分析应力分布及软组织阻力方向,提出治疗过程的改进意见。     

Medpor修复眶底缺损三维有限元模型的建立与生物力学分析

目的 对Medpor修复眶底缺损进行三维有限元的建模,并分析其生物力学性质,研究Medpor材料植入眶底后的位移及应力情况,为临床提供参考。方法 将患者术前头颅螺旋CT数据导入Mimics软件后,进行左侧眶下壁三维重建,应用有限元软件对模型进行网格划分,通过CT扫描灰度值的转换,对各部分材质进行赋值,再对整体模型施加重力载荷,计算并分析Medpor材料植入眶底后在不固定、1枚螺钉固定及2枚螺钉固定的不同状态下的位移与应力情况。结果 构建了Medpor修复眶底缺损的三维有限元模型。无固定螺钉情况下,Medpor材料位移较大,几乎无应力;在有固定螺钉情况下,1枚固定螺钉的应力值与2枚固定螺钉应力值没有明显差异。结论 首次建立了关于Medpor修复眶底缺损的三维有限元模型。利用有限元方法发现,螺钉的植入能够对Medpor材料起到良好的固定作用,其中1枚螺钉与2枚螺钉的固定作用相似。