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。     

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。     

牙齿牙周矫治装置三合一三维有限元模型的建立

背景:由于牙齿及其支持组织的外形不规则,力学性质不同的以及受力作用的复杂性等,令其受力的状态很难模拟。自Tanne首次建立上颌中切牙三维有限元模型以来,国内外相继建立了精度较高的组牙有限元模型,但结合矫治装置前牙段的三维有限元模型却少见报道。目的:将薄层CT技术和多种图像处理软件及三维建模方法相结合,建立牙齿牙周矫治装置三合一的高精度三维有限元模型。方法:采集1名健康女青年上颌前牙段及牙槽骨的螺旋CT扫描及原始数据,通过三维模型修饰、划分网格等程序建立起一个上颌前牙段牙齿、牙周组织(牙周膜、皮质骨、松质骨)及矫治装置(弓丝、托槽)三合一的三维有限元模型。结果与结论:建立了上颌前牙段牙齿牙周矫治装置三合一的三维有限元模型,划分的单元采用三棱锥四面体结构,共生成131920个单元,194321个节点。将薄层CT技术和多种图像处理软件及三维建模方法相结合,建立了精度较高的包括矫治系统(托槽、弓丝)的上颌前牙段及其牙周支持组织(牙周膜、皮质骨、松质骨)的三维有限元模型。该模型具有较好的几何相似性和力学相似性,适当的将牙周膜简化成可以满足分析要求,能较好的模拟临床实际情况进行力学研究,为进一步的生物力学分析和优化设计提供可靠的研究途径。     

结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙三维有限元模型

目的 结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙三维有限元模型.方法 对正常人下颌第一前磨牙进行薄层CT扫描及图像处理,通过Matlab和ANSYS软件建立三维有限元模型,并加载验证模型力学分析的可行性.结果 建立了包含髓腔的下颌第一前磨牙的三维有限元模型,得到101564个单元,144053个节点.载荷后的应力分布主要集中在颊尖部位和根尖部位,牙颈部受力较小.结论 薄层CT技术与Matlab和ANSYS软件相结合,建立包含髓腔的下颌第一前磨牙的三维有限元模型,精度高、速度快,使用灵活,为后期的楔缺模型建立和分析奠定了基础.     

个体股骨头坏死三维有限元模型的建立与应用

同时基于个体股骨头坏死患者的X-ray、CT和MRI图像,采用图像配准和融合技术对包含坏死股骨头的髋关节进行三维重建,获取具有高度几何相似性的三维有限元网格模型。选择1例中年女性股骨头坏死患者,分别获取X-ray、CT和MRI三套图像,采用Mimics 13.1和Pro/E 5.1软件分别基于这三套数据建立相关三维实体模型,经图像投影转换后,确定图像之间的匹配点,进行二维图像配准,配准后对成功融合的图像进行三维有限元网格模型显示。建立了具有良好几何相似性的髋关节三维有限元网格模型,包括正常皮质骨、松质骨、关节软骨和股骨头坏死区、断裂骨小梁等六部份,较真实地反映了包含坏死股骨头的髋关节的形态特征及毗邻关系,为进一步的生物力学分析和手术模拟提供了较理想的研究平台。     

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     

戴用口腔矫治器后阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者舌骨力学的有限元分析

背景：采用三维有限元对下颌骨、气道、舌骨等共同建模进行研究的报道较少。 目的：通过建立下颌骨、气道、舌骨以及周围肌肉组织的模型,模拟戴用矫治器使下颌前伸改变气道形态的状况,在下颌骨上进行前伸加载,分析舌骨的生物力学表现。 方法：选取1名确诊为阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的男性患者,螺旋CT扫描眼眶下缘至甲状软骨图像,导入Mimics10.01软件分别提取各组织,Imageware10再对得到的文件点云进行处理,由ANSYS 10.0等软件生成三维有限元模型。在下颌骨上分别加载2,4,6,8 mm的前伸量,观察舌骨的生物力学表现。 结果与结论：上气道的应力主要集中在软腭及口咽部,舌骨上的应力主要集中在与下颌、气道相连的肌肉处。随着下颌前伸量加大,应力大小随伸长量增加而增大,舌骨随着肌肉的牵拉主要沿前上方移动。结果说明三维有限元法能够建立具有较高几何相似性及力学相似性的模型,是阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征病理研究方法的扩充。     

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。     

两种颌间牵引对下颌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1 N。 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。     

髁突骨折术中颞下颌关节盘复位有限元模型的建立与初步分析

目的：建立正常的颞下颌关节有限元模型和髁突骨折切复内固定手术模型,为颞下颌关节系统的生物力学研究提供数字平台。方法获取正常颞下颌关节CT和MRI扫描图像数据,使用Mimics、Geomagic、ANSYS等软件建立颞下颌关节三维有限元模型和髁突骨折外科手术模型并进行初步的生物力学分析,以验证模型的有效性。结果建立了颞下颌关节系统的三维有限元模型和髁突骨折外科模型具有良好的生物形态。结论根据CT、MRI影像和解剖参数,利用医学影像三维建模软件Mimics以及逆向工程软件Geomagic Stadio可以精确、可行地构建颞下颌关节系统的表面网格模型,并在有限元分析软件Ansys中构建颞下颌关节系统的三维有限元模型。该模型还原了TMJ的生物力学环境。     

PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型的建立

背景：建立高质量的有限元模型是进行生物力学分析研究的重要基础,完整的青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型报道甚少。 目的：建立PUMCⅡd1型青少年特发性脊柱侧凸三维有限元模型,为特发性脊柱侧凸的生物力学分析提供有效的数字化平台。 方法：采集1 例14岁PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸女性志愿者从T1至骶尾骨的CT 断层图像,将CT数据导入Mimics 16.0医学三维重建软件中,建立包括胸廓结构的完整脊柱侧凸三维几何模型。再将几何模型以点云格式导入Geomagic Studio 11.0软件中,对三维模型进行光滑、打磨、去噪等一系列图像处理,生成特发性脊柱侧凸三维有限元模型。最后导入ANSYS 14.0有限元分析软件中添加韧带、设置单元类型和定义材料属性,生成完整的特发性脊柱侧凸三维有限元模型。 结果与结论：成功建立了完整的PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸三维有限元模型,包括四面体单元522 887个和杆单元730个,共计523 617个单元,159 008个节点。试验建立了外形逼真的PUMCⅡd1型特发性脊柱侧凸三维有限元模型,为进一步的生物力学分析提供了可靠的数字化模型。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：     

上颌骨种植体与天然牙三维有限元模型的建立

探讨获得种植体与天然牙在上颌骨复合体三维影像以建立三维有限元模型的方法。采用螺旋CT断层扫描技术,数字影像与转录技术,自编程序与ANSYS软件相结合,将CT扫描图像转换为可用于有限元建模的数值图像。结果表明:三维有限元实体模型与螺旋CT三维重建影像比较,几何相似性与还原性良好,材料构造合理。说明采用螺旋CT扫描技术及ANSYS软件,建立上颌骨种植体模型切实可行,结果令人满意。     

下颌骨骨折固定的建模

目的针对临床中的下颌骨骨折内固定问题,建立小型接骨板模型和下颌骨的独立的几何模型,为下颌骨骨折内固定建模提供一种方法。方法通过Pro/E和ANSYS建立下颌骨骨折内固定治疗模型。首先,对168层下颌骨CT图像进行预处理,突出图像中的下颌骨轮廓,然后采用自编程序提取图中下颌骨内外轮廓点信息,最后通过有限元软件进行自下而上的实体模型建立。在Pro/E中建立螺钉和接骨板的模型,通过IGES格式转入有限元软件,最终建立下颌骨内固定骨折模型。结果和结论本模型可以较方便、真实地模拟下颌骨骨折多发部位的各种内固定方法,为后期的有限元分析提供几何构型和材料分组较为精确的模型。     

应用Mimics软件建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后的有限元模型

背景：双侧升支矢状劈开截骨术是正颌外科常见的治疗方法之一,有限元法成为研究双侧升支矢状劈开内固定后生物力学的重要方法。 目的：快速建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后有限元模型,寻求一种更为快捷、精确的矢装劈开内固定的三维有限元模型,为研究下颌骨矢装劈开内固定后生物力学打下基础。 方法：应用薄层CT ,Dicom 标准和Mimics 软件,结合MSC.Patran 三维有限元专用软件对CT 断层影像进行分析处理。 结果与结论：建立了精确的下颌骨双侧矢装劈开内固定后三维有限元模型。使用Dicom 标准和Mimics 软件获取三维模型,直接写入MSC.Patran 三维有限元软件,提高了建模效率。提示薄层CT、Dicom 标准的应用使得有限元模型的建立更为精确,同时Mimics 软件直接建立矢装劈开内固定三维模型,极大程度提高了建模效率,为生物力学分析打下基础。     

双端固定桥两基牙牙周膜厚度分别不同时的生物力学分析

目的:研究双端固定桥两基牙牙周膜厚度分别不同时对固定桥各部位应力分布的影响。方法:采用螺旋CT扫描获取健康人下颌骨、牙齿及牙周支持组织的二维图像,通过图像合成软件建立三维数字模型,并应用三维有限元分析软件生成下颌后牙固定桥的三维有限元分析模型。在相同垂直载荷和水平载荷情况下,分析两基牙牙周膜厚度分别不同时固定桥的应力分布。结果:当基牙牙周膜厚度小于0.1 mm时固定桥基牙与牙槽骨表面应力大小相当;当基牙牙周膜厚度大于0.1 mm小于0.4 mm时固定桥牙槽骨表面应力随牙周膜厚度增大而减小但非线性关系;基牙牙周膜厚度大于0.4 mm时固定桥牙槽骨表面应力不随牙周膜厚度增加而变化。结论:牙周膜的缓冲作用是在基牙牙周膜厚度的一定范围内,当牙周膜过窄或过宽时缓冲作用均减弱。     

兔胫骨骨折的有限元模型

背景：医学生物力学有限元分析的原始资料多为人体CT数据,大范围的CT扫描势必会对人体造成一定的射线伤害。 目的：建立兔胫骨骨折三维有限元生物力学模型。 方法：选取雄性1年龄新西兰大白兔1只,开放锯断左侧胫骨中段,MIMICS10.01软件直接读取以层厚0.625 mm对左侧胫腓骨不间断扫描得到以DICOM3.0格式刻盘保存的CT图片135张,经过定位图像、组织图片、内插值处理以及表面光滑化处理建立面网格模型,导入ANSYS10.0软件构建体并划分体网格,在MIMICS10.01中赋材质。 结果与结论：建立了外形和几何结构逼真、生物材料接近正常组织的胫骨中段骨折有限元模型,经加载分析模型真实有效。可见应用MIMICS10.01和ANSYS10.0软件能快速建立兔胫骨骨折三维有限元生物力学模型,为进一步进行实验兔骨折愈合生物力学分析奠定基础。     

纤维桩核冠修复上颌中切牙三维有限元模型的建立

背景：建立有限元模型对缺损的上颌中切牙进行应力分析可为临床修复方法提供选择依据。 目的：建立纤维桩全瓷冠修复上颌中切牙的三维有限元应力分析模型。 方法：通过螺旋CT扫描、Mimics软件和Ansys软件建立冠缺损1/2的上颌中切牙采用纤维桩全瓷冠修复的三维有限元模型,模拟咬合加载,记录组织的Von Mises应力和最大拉应力。 结果与结论：建立了冠缺损1/2的上颌中切牙三维有限元模型,并模拟纤维桩核全瓷冠修复,与临床实际情况接近。运用螺旋CT、Mimics软件、Ansys软件能有效建立牙齿组织的三维有限元模型,模拟临床实际情况,并能以此演化为其他修复情况的模型。     

膝关节单髁置换三维参数化建模

背景：用于外科训练和演练的单髁假体模型因尺寸和特征固定而无法满足个体患者的实际需求。 目的：为膝关节单髁置换的数字化研究提供一种三维参数化建模方法。 方法：运用三维重建技术建立膝关节炎三维模型,然后通过参数化软件Pro/Engineer 5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,最后模拟膝关节单髁置换并进行三维有限元分析。 结果与结论：三维参数化建模法效率高,实现了膝关节单髁假体设计的自动化和高效化,所建模型形态逼真,精确度高。三维参数化建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了模型基础和新的实验思路。     

Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立

目的构建Wallis腰椎非融合系统有限元模型,为临床应用提供生物力学基础。方法 8例志愿者采用连续螺旋CT扫描,将获得的断层Dicom格式图像,导入Materialise Mimics10.01软件,定义骨组织阈值、提取各层面轮廓线、图像边缘分割、三维重建L4、5椎体及椎间盘三维模型,将重建的模型以.stl格式保存,导入Materialise3-Matic4.3软件,进行三角面片优化;在AutoCAD 2009软件中建立Wallis系统模型,以.stl格式保存,导入Materialise 3-Matic4.3软件,进行三角面片优化,将重建的Wallis模型按标准手术模式与腰椎模型拟合,导入Ansys10.0软件进行赋值和网格划分,生成有限元模型。结果重建的三维模型可以精确的模拟Wallis非融合系统固定情况。结论应用CT扫描技术,图像Dicom标准,Mimics软件能直接与Ansys软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使Wallis腰椎非融合系统有限元模型的建立更加快捷、精确。