建立包含颞下颌关节下颌骨双侧下颌支矢状劈开内固定后的有限元模型

背景：双侧升支矢状劈开截骨已经成为矫正面部畸形的常规方法,运用有限元方法研究双侧下颌支矢状劈开内固定后颞下颌关节及下颌骨的生物力学是一种重要途径。 目的：建立精确、高仿真的双侧下颌支矢状劈开内固定后包含颞下颌关节的下颌骨模型,为研究双侧下颌支矢状劈开内固定后下颌骨及颞下颌关节生物力学提供基础。 方法：螺旋CT扫描后得到DICOM格式数据导入MIMICS软件建立下颌骨三维模型。将三维模型包裹成单一的封闭壳,在ANSYS中进行网格划分及转换,再将模型写入ANSYS软件进行颞下颌关节相应部分的重建并模拟双侧下颌支矢状劈开及术后固定。 结果与结论：运用MIMICS及ANSYS软件建立双侧下颌支矢状劈开内固定后的带有颞下颌关节及下颌骨的三维有限元模型。此模型和人体组织相比,具有生物相似性及几何相似性。双侧下颌支矢状劈开内固定后的模型,可以通过前移、后移、旋转移动远心端,再行各种方式的内固定。所建立的三维有限元模型可以根据实验目的不同,对各个部位施加载荷,用来研究双侧下颌支矢状劈开内固定后不同组织应力及位移的改变,也可以研究不同固定材料对固定后稳定性的影响。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

Mimics辅助快速建立颅上颌复合体的三维有限元模型

背景：颅颌面部是骨骼系统中结构最复杂、功能最多样的的结构之一,要进行颅上颌骨复合体生物力学分析,就必须建立一个精准的三维有限元模型。 目的：探索快速建立完整颅上颌复合体三维有限元模型的方法。 方法：以牙列完整、咬合关系正常、磨牙为中性关系、牙周组织健康的成年志愿者作为建模素材,进行多层螺旋CT扫描,利用Mimics软件和MSC.Patran软件建立颅上颌复合体三维有限元模型。 结果与结论：探索出一条快速建立颅上颌复合体三维有限元模型的新方法。建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人颅上颌复合体三维重建生物医学模型和三维有限元模型,由76 035个节点和373 819个单元组成。该模型具有较好的几何相似性和力学相似性。     

Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用**

背景：人工髋关节翻修中髋臼骨质缺损常常是难以定位及定量的,因而利用计算机辅助设计与计算机辅助加工技术进行置换前准备可减少髋臼重建的难度及风险。 目的：探讨Mimics软件在个体化全髋关节假体翻修中的应用及意义。 方法：将全髋关节翻修患者髋关节CT扫描图像数据导入Mimics软件,重建髋关节三维模型。测量髋关节假体前倾角、外翻角、颈干角、股骨头直径、髋臼壁厚度/直径以及假体松动破碎情况,对髋臼骨质缺损范围进行定位以及定量,同时通过模拟翻修,设计植骨范围,拟植入全髋关节假体规格。 结果与结论：通过Mimics三维窗口,精确定位该破碎假体,碎片最大纵径预测33.68 mm,距离股骨头假体距离48.93 mm,距离髋臼假体20.14 mm。髋臼选取130.47 mm2可视区域平均阈值339.98,骨质缺损区130.47 mm2可视区域平均阈值-481.25,缺损面积21.41 mm×21.38 mm,根据三维模型评估骨质缺损并分类：AAOS分类ⅠB型,Gross分类ⅡA型,Engh分类Ⅰ型。结果证实,在髋关节翻修中借助Mimics软件可优化置换方案及方式,减少并发症,降低置换风险。 关键词：髋关节翻修;Mimics;三维重建;人工假体;数字化骨科技术 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.006     

股骨头坏死有限元模型的建立

背景：股骨头坏死有限元分析法已经被许多研究者应用,但作为分析的数字模型还存在几何以及物理相似性不够等不足。 目的：借助股骨头坏死患者的CT扫描图片建立更加逼真的股骨头坏死有限元模型。 方法：将以各向同性扫描所得的层厚0.625 mm股骨头坏死髋关节连续断层142层Dicom格式CT图像,直接读入Mimics后界定骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、选择性编辑及补洞处理,去除冗余数据,三维化处理后获得股骨头坏死三维几何面网格模型,将其保存为后缀名.lis的Ansys文件,直接导入Ansys有限元分析软件进行体网格划分,再将体网格转入Mimics根据CT值给予赋值,再次导入Ansys 生成有限元模型。 结果与结论：快捷建立了外形逼真、计算精确的股骨头坏死三维有限元模型。提示应用精细CT扫描技术,Mimics软件根据CT值直接赋值使股骨头坏死三维有限元模型的建立更加快捷、精确。     

基于CT图像构建的腰椎三维有限元模型

背景：与实验生物力学研究相比,有限元分析方法具有独特的优越性。如何准确地构建腰椎节段有限元模型是有限元分析的关键。 目的：建立人体腰椎三维有限元模型用于生物力学分析。 方法：利用GE 64排螺旋CT对成年男性腰部进行扫描,得到351层DICOM格式断层图像,应用Mimics软件进行三维重建,将所得模型以.stl格式导入Solidworks,生成实体模型,最后导入Ansys赋予材料属性并划分网格,得到便于分析的有限元模型。与体外生物力学实验数据对比,完成模型验证。 结果与结论：成功地建立了表面光滑、外观逼真的腰椎有限元模型。该模型共有144 411个节点,88 742个单元,具有较高的准确性,且可以方便地施加约束和载荷,进行有限元分析。为临床腰椎三维有限元模型建立提供了一种精确而实用的方法,所建模型可以用来模拟腰椎生物力学实验。     

下颌颏部骨折内固定的三维有限元模型及边界约束的建立

通过Pro／E和ANSYS建立下颌骨颏部骨折内固定的三维有限元模型，并模拟了各种功能状态下的边界约束。使用计算机图像处理软件对CT扫描图像进行预处理，然后采用自编程序获取下颌骨解剖结构的三维坐标数据，用ANSYS建立下颌骨的三维有限元模型。采用数值化建模软件Pro／E建立小型接骨板-螺钉固定体系统的实体模型。模拟下颌骨颏部正中骨折坚强内固定治疗，建立该内固定治疗的有限元模型。通过改变各组咀嚼肌力的大小，进行了三种咬合状态的边界约束。获得了形态逼真、相似性好的下颌颏部骨折内固定后的三维有限元模型，并模拟了各功能状态下的边界约束，为后期的生物力学分析奠定了基础。     

犬下颌骨节段性缺失的有限元模型的建立

目的：建立犬下颌骨节段缺失的有限元模型。方法：运用Mimics软件读取基于实验犬下颌骨CT资料的DICOM数据形成几何模型,在Magics软件中使用cut工具对几何模型进行切割,模型由缺损侧和非缺损侧下颌骨、重建钛板组成,每个部分依靠Magics的粘接功能粘在一起,生成实体单元后在MARC软件中完成模型的力学分析。结果：建立了犬下颌骨节段缺失的有限元模型,可模拟牵张过程,观察任意点的应力、位移情况,并可选取模型的任意部分,查看其相应计算结果。结论：犬下颌骨节段缺失的有限元模型的建立为进一步研究节段缺损下颌骨的各种生物力学状况奠定了基础。     

Mimics软件模拟置钉在腰椎关节突重度退变椎弓根螺钉内固定中的应用

背景：目前腰椎椎弓根螺钉置入为脊柱外科非常成熟的一项技术,临床上有多种术中确定进钉点、进钉方向的方法。但腰椎关节突重度退变患者由于手术区域骨赘增生严重,顺利准确置钉有一定难度。 目的：观察腰椎关节突关节重度退变患者修复术前应用Mimics软件模拟置钉对椎弓根螺钉置入内固定效果的影响。 方法：将78例需要行腰椎椎弓根螺钉置入单节段内固定且治疗前CT、MR评估为腰椎关节突重度退变的患者纳入研究,随机分为两组,模拟置钉组39例,对照组39例,两组共置入312枚椎弓根螺钉。模拟置钉组术前对需要置钉的椎体使用Mimics软件行3D重建,并在拟置钉椎体模拟椎弓根螺钉,在3D影像上观察椎弓根螺钉进钉点与周围骨性标志的关系并测量进钉的角度和深度,术中参考观察和测量的结果进行椎弓根螺钉置入。对照组采用传统方式置入椎弓根螺钉。治疗后均行X射线、CT检查对椎弓根螺钉置入准确性进行评估。 结果与结论：模拟置钉组置入椎弓根螺钉后均未发生相关并发症,置钉后复查156枚螺钉中153枚位于椎弓根内,置钉正确率显著高于对照组(98.1%,88.5%,χ²=11.49,P < 0.05)。且模拟置钉组手术时间、出血量及患者放射线暴露时间少于对照组,差异均有显著性意义(P < 0.05)。提示需要行腰椎椎弓根螺钉置入内固定的患者中,腰椎关节突关节退变占相当大的比例,而关节突的退变使进钉点解剖标志难以辨别,给螺钉置入带来很大的难度。Mimics软件模拟置钉可辅助腰椎关节突重度退变患者修复术中椎弓根螺钉的正确置入,降低相关并发症,减少手术时间及出血量,减少患者放射线暴露时间。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程全文链接：     

Mimics和Geomagic辅助下建立固定义齿的有限元模型

目的建立固定义齿的三维有限元模型,为后续的牙周组织的生物力学分析提供数字模型。方法利用Mimics医学影像三维重建软件和Geomagic studio逆向工程软件对CT图像进行处理,并运用UG NX进行实体建模及有限元网格划分。结果建立了包含牙槽骨、基牙、牙周膜、固定义齿的三维有限元模型。结论直接运用牙齿原始数据建模,一定程度上可以避免数据丢失,减少模型失真,所得模型具有较好的几何相似性。     

正常下尺桡关节三维有限元模型的建立及验证

背景：国内外学者已应用有限元分析在前臂的桡骨骨折及其固定、尺骨骨折及其固定等方面进行了生物力学评价,但还未见应用该方法对下尺桡关节进行生物力学评价相关的文献报道。 目的：建立并验证下尺桡关节三维有限元模型,用于临床的生物力学研究。 方法：将1名健康男性志愿者右肱骨远端到腕关节中段的CT和MRI图像,导入Mimics10.01和ANSYS10.0中,建立下尺桡关节三维有限元模型,模拟体外生物力学试验,在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下观测下尺桡关节各结构的应力分布,所得结果与文献报道的生物力学实测数据比较验证。 结果与结论：所构建的下尺桡关节有限元模型共有333 805个单元,508 384个节点,客观反映下尺桡关节真实解剖形态。所建模型在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下,理论分析结果与生物力学实测数据一致。证实所建的下尺桡关节有限元模型真实性较高,可用于生物力学分析实验。     

下颌后牙双端种植桥及其支持组织修复前后三维有限元模型的建立

背景：三维有限元分析法是研究种植桥及其周围骨组织力学分布规律的重要手段,其精度受控于模型的准确及对真实状态的模拟。 目的：建立下颌后牙双端种植桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型。 方法：利用Pro/E建模软件与CT结合,建立部分下颌骨、牙冠以及种植体的三维实体模型,通过无缝接口功能导入有限元软件中,最终分别建立双端种植桥修复前后的有限元模型。 结果与结论：采用CT扫描技术、Pro/E与ANSYS软件相结合所建立的下颌种植桥及其支持组织修复前后模型切实可行,具有高度的几何相似性和力学相似性,可满足模拟加载的需要。     

应用CT断层图像重建股骨有限元模型

目的寻求一种基于CT断层图像快速且精确地建立全股骨三维有限元模型的方法，并应用有限元分析其力学特性以评价建模方法的优势。方法在Mimics中直接读取符合Dicom3．0标准的股骨原始CT数据，经阂值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型，后期结合有限元软件ANSYS生成最终的三维有限元网格模型．然后在ANSYS中分别对应用Mimics得到的模型和统一弹性模量的模型加载200N的垂直载荷，比较两者应力分布的异同。结果获得的股骨有限元模型共含有143780个节点和99650个四面体单元，其弹性模量与CT值（密度）相关分布，取值范围在6．01～15．59GPa之间。与统一弹性模量的模型相比较，应用Mimics得到的模型其应力呈现离散性分布。结论应用Mimics可以建立更符合股骨机械结构和力学性质的三维有限元模型，同时缩短了建模时间，据此模型得到的股骨力学特性分析结果更为可信，以辅助指导临床应用。     

Development of a three-dimensional finite element model of a human mandible containing endosseous dental implants. II. Variables affecting the predictive behavior of a finite element model of a human mandible

The purpose of this study was to propose a systematic approach to validate a finite element model (FEM) of the human mandible and to investigate the effects of changing the geometry and orthotropic material properties on the FEM predictions. Thirty-eight variables affecting the material properties, boundary conditions, and the geometry of a FEM of a human mandible, including two dental implants, were systematically changed, creating a number of FEMs of the mandible. The effects of the variations were quantified as differences in the principal strain magnitudes modeled by the original FEM (gold standard), prior to the sensitivity analyses, and those generated by the changed FEMs. The material properties that had the biggest impact on the predicted cortical principal strain were the shear moduli (up to 31% in difference from the unchanged state), and the absence of cancellous bone (up to 34%). Alterations to the geometry of the mandibular cross section, such as an increase in corpus dimensions, had the greatest effect on principal strain magnitudes (up to 16%). Changes in the cortical thickness in relation to the width of the corpus section modified strain more than alterations to the corpus depth (14% and 5%, respectively). The relatively small difference (up to 13.5%) between the predicted and measured interimplant distances indicates the accuracy of the FEM. Changes in geometry and orthotropic material properties could induce significant changes in strain patterns. These values must therefore be chosen with care when using finite element techniques for predicting stresses, strains, and displacements.     

建立足部三维有限元数字模型

背景：克服传统标本力学分析的不利因素,建立逼真的足部各结构有限元模型,是对足部进行有限元力学分析的重要基础。 目的：建立足部的三维有限元数字模型,为正常足部及足部损伤情况下的有限元力学分析打基础。 方法：对1名健康女性志愿者行双足螺旋CT扫描,将所得图像在Mimics软件中重建三维模型,在Geomagic软件中生成实体模型,最后在Ansys中建立足主要结构的三维有限元数字模型。 结果与结论：实验建立了包括全部骨骼、主要软骨和韧带、皮肤及软组织在内的人足有限元数字模型。利用CT数据及Mimics、Geomagic、Ansys软件可以建立人足全部足骨的三维有限元数字模型,该模型与实际骨骼模型大小、形态一致,并且可以随意旋转,任意角度观看,进行各种测量,可将足部骨骼任意拆分或合并,适合进行生物力学分析。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：肾移植;肝移植;移植;心脏移植;组织移植;皮肤移植;皮瓣移植;血管移植;器官移植;组织工程全文链接：     

颈椎三维有限元模型的建立

目的 建立颈椎（C2～ C7）三维有限元模型。方法 根据1名既往无颈椎病史健康成年男性志愿者的颈椎断层CT扫描序列图像,采用Mimics1 3.1、SolidWorks2012软件进行三维重建和造型,利用ANSYS14.0软件,采用四面体网格划分方法,对颈椎及周围组织赋予不同的材料属性,建立颈椎（C2 ～C7）三维有限元模型。结果 本研究成功建立了6个椎体运动节段的三维有限元模型,模型高度模拟颈椎结构与材料特性,单元划分精细。在建立的模型上加载模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、左右旋转6种工况下的生理活动,所获得的理论分析结果与参考文献的报道一致。结论 建立的颈椎三维有限元模型可进行颈椎生物力学研究。     

踝关节三维有限元数字模型的建立

背景：对于踝关节的生物力学的研究日益成为热点,也从以往传统的生物力学已发展到有限元力学分析。 目的：建立踝关节的三维有限元数字模型,探讨踝关节各组成部分的应力分布规律。 方法：对一名成年女子行踝关节螺旋CT扫描,将所得图像经Mimics、Geomagic处理,得到三维有限元数字模型。 结果与结论：建成了包括胫腓骨下段、距骨的三维有限元数字模型。该模型外形逼真,几何相似性好,可以随意旋转,方便从多角度观察模型,采集三维信息,适合进行生物力学研究。      

骨质疏松老年妇女有限元模型的建立

目的：应用骨质疏松老年妇女腰1椎体多层螺旋CT(MSCT)扫描影像建立骨质疏松椎体三维有限元模型，分析骨质疏松性椎体的应力分布情况。方法：对1例患骨质疏松症的老年女性志愿者进行L1、L2椎体MSCT扫描，将其原始数据传输至计算机工作站，经容积性QCT(vQCT)技术行BMD测量。将L1椎体经回顾性重建形成的层厚为0．625mm的CT横断面像通过ANSYS7．0软件建立骨质疏松椎体有限元模型。将其赋于生物力学参数值，经模拟施行纵向生理性载荷加压后观察椎体各部位应力特性的变化。结果：骨质疏松老年妇女椎体的三维有限元分析表明皮质骨应力水平较高，但各部位存在不均一性；小梁骨应力水平较骨皮质低，椎体中部略偏后方和上下终板附近应力水平较高，数值范围为11．6～15.4MPa。结论：经MSCT像成功建立了骨质疏松老年妇女腰椎三维有限元模型，此模型可用来进行骨质疏松性椎体应力分布情况的活体分析。