腰椎椎间盘三维有限元分析

目的；研究腰椎间盘三维有限元模型的建立及其应力分布情况。方法：利用有限元软件Ansys5.4，建立椎间盘的三维模型，根据4具新鲜标本腰椎间盘生物力学试验，确定生物材料特性，研究各种状态下椎间盘的应力分布。结果：建立L4．5椎间盘的三维有限元力学模型，它的应力分布有以下特点:(1)璋盘上应力集中在椎间盘前部，压应力以髓核最大，向外逐渐减小，在外层应力最小；（2）椎间盘上的应力在压缩侧较大，且为压应力，侧屈时应力向中心区有逐渐减小的趋势，另一侧应力为拉力；（3）椎间盘承载后，其应力呈放射分布于纤维环和软骨板上，内纤维环承受较小的压力。结论：建立腰椎间盘三维有限元模型并进行应力分析是可行的，且结果可信。     

不同工况对腰椎运动节段作用的三维有限元模型分析

目的：研究各种工况条件下腰椎活动节段的三维有限元模型。方法：使用ABAQUS6．5有限元分析软件建立L4-5运动节段的三维有限元模型,分析腰椎运动节段在屈曲、拉伸、侧屈及旋转扭矩作用力下各部结构的应力变化。结果i压缩时椎体密质骨、椎弓根、椎弓峡部和后部小关节部应力最高;拉伸时小关节出现应力集中,高于其他部分;侧屈时屈侧椎体、后部小关节及椎间盘部为应力集中,拉伸侧呈张应力;轴向旋转时后部小关节及椎间盘后部应力较高;屈曲加旋转时椎体及椎间盘前缘、后部小关节处出现应力集中。结论：应用有限元分析能形象模拟腰椎活动节段各种载荷下的应力分析,不同运动条件下,腰椎运动生理节段的应力集中部位不同。这是中医旋转复位手法治疗腰椎小关节紊乱和腰椎间盘突出症的力学依据之一。     

胸腰段椎间盘突出症的诊断与治疗

胸腰段椎间盘突出在临床上比较少见,约占同期椎间盘突出的2‰,且症状复杂、隐蔽,诊断和治疗有别于一般的腰椎间盘突出。本病多由退变产生,也可见于明显胸背部外伤后,国外有文献报道约20％与外伤有关,年青人发生的胸腰段椎间盘突出多由于外伤引起。中南大学湘雅医院自1998年6月至2003年12月共收治胸腰段椎间盘突出症12例,诊断明确,治疗效果良好,现总结报告如下。     

椎骨胸腰节段压缩骨折的有限元分析研究

目的利用有限元方法建立椎体前缘不同压缩状态模型,并分析椎体前缘压缩程度与邻椎终板应力的相关性。方法基于正常成年人志愿者的胸腰段CT 数据,导入Mimics,经图像分割、修补及三维网格化获取胸腰椎T11～L1３个节段数据,网格赋材质属性后导入ABAQUS 软件,获取逼真的三维有限元模型。对模型进行生理载荷加载,验证正常模型的有效性。将L1模型底部全自由度固定,在T11模型上方施加前屈、后伸及轴向压缩载荷,分别将椎体前沿压缩至90%、80%、70% ...... 10% 9个状态,提取T11下终板及L1上终板的MISES应力,获得了压缩状态与邻近终板应力关系曲线。结果该模型高度逼真,能真实反映实际受力状态;T11椎体下位终板和L1椎体上位终板的应力值与T12椎体（研究对象）前沿的压缩程度正相关。结论应力增加可能导致终板骨折可能性增加,进而增大相邻椎体的骨折风险,有限元分析结果能够为临床实践提供依据。     

腰椎间孔成形幅度对腰椎生物力学影响的三维有限元分析

目的应用腰椎L3~5节段三维有限元模型,分析椎间盘摘除+不同幅度椎间孔成形前后对腰椎生物力学的影响。方法选取1位20岁既往无腰椎疾病史中国男性志愿者的CT数据,在Mimics15.0软件中建立L3~5节段三维有限元模型,在Geomagic12.0中修补、降噪及曲面化,在Pro/E5.0中行椎间盘的曲面建模,修改髓核和纤维环的材料参数模拟L4~5椎间盘中度退变（模型M1）,在Hypermesh12.0中进行有限元网格处理,并导入ABAQUS软件进行分析。模拟经皮椎间孔脊柱内镜技术侧后入路,以上关节突尖部到下位椎体后上缘中点为穿刺基线建立通道,去除椎间盘左后侧约1/4的纤维环中部及1/4的髓核,以模拟腰椎间盘摘除手术,构建模型M2,以圆柱体代替环锯模拟切除上关节突部分骨质行椎间孔扩大成形术,构建一级椎间孔成形模型M3（环锯直径5mm）、二级椎间孔成形模型M4（环锯直径6.5mm）和三级椎间孔成形模型M5（环锯直径7.5mm）,给予特定加载条件,比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种工况下的生物力学特征。结果建立了有效的L3~5三维有限元模型,除了在后伸工况下L4椎体的位移无明显变化外,其他5种工况下椎间孔成形后L4椎体的位移均有所增加,但成形的幅度对L4椎体的位移无明显影响。M1模型在各种工况下L4~5关节突关节的应力左侧较右侧大。M2模型在腰椎前屈及右旋工况下L4~5左侧关节突关节的应力下降,右侧的应力上升;腰椎后伸下L4~5左侧关节突关节的应力上升,右侧的应力下降;腰椎左侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均上升;腰椎右侧屈工况下L4~5关节突关节的左右两侧应力均下降。除腰椎左旋工况下M5模型的L4~5右侧关节突关节应力增加明显外,其他各种工况下M3、M4、M5模型L4~5关节突关节应力变化不明显。结论在精确穿刺的指引下,1~3级椎间孔成形对术后即刻的腰椎稳定及关节突关节的应力分布无明显影响。     

腰椎不同节段固定对腰椎活动度及椎间压力的影响

目的研究不同节段腰椎内固定后对下位相邻节段退变加速发生过程的影响。方法 60具绵羊腰段脊柱标本:取腰1椎体-骶5,以椎弓根螺钉固定,依据固定节段的不同分为完整对照组(未固定)、L6~L7单节段固定组、L5~L7短节段固定组、L3~L7长节段固定组。本实验为自身对照实验,在6N·m(牛顿·米)力矩加载下进行生物力学测定,比较各组在椎弓根螺钉进行不同节段固定下腰7骶1节段的变化。结果施加内固定后,下方相邻节段在屈伸方向上的活动度、椎间盘压力都明显增加,增加幅度随着固定范围的增大而增大,各组间差异有统计学意义(P<0.05)。结论固定节段越长,椎弓根钉内固定对下方邻近节段退变的影响越大。     

腰椎运动节段新型有限元模型研究

目的建立成年男性腰椎L4/5运动节段有限元模型,用于进一步的生物力学研究.方法将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX建模建立正常中国男性L4/5运动节段的三维模型,用有限元分析软件SAP2000转移成有限元模型.结果建立了正常中国男性L4/5运动节段有限元模型,模型总节点数为2 120个,包括1 728个Solid单元,592个Area单元,50个Link单元.结论通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法,可以建立腰椎运动节段的有限元模型,用于脊柱生物力学的研究.     

脊柱胸腰段三维有限元模型的建立与验证

目的：建立正常脊柱胸腰段三维有限元模型并验证其有效性。方法：选择一位健康成人志愿者,通过CT扫描获得胸腰段数据,Mimics 10．01软件生成T12-L2椎骨三维模型,Geomagic 11．0、UG7．0生成三维实体模型,Hy—permesh10．0划分网格,并建立椎间盘、韧带等结构,Abaqus6．9．1加载求值,施加500N垂直压缩力,7．5Nm的前屈、后伸、左右侧屈及左右轴向旋转力矩,分三个载荷步（2．5、5．0和7．5Nm）施加,观察T12-L2节段运动范围。结果：建立了正常人胸腰段三维有限元模型,整个模型共90014个单元,158684个节点。对模型进行前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转作用,T12-L2节段的力矩-旋转角度曲线与文献体外实验数据基本吻合。结论：本实验建立的正常脊柱胸腰段三维有限元模型有效,可进行进一步的生物力学实验研究。     

腰椎节段不稳合并椎间盘突出的诊断与治疗

目的：探讨腰椎节段不稳合并腰椎间盘突出症的发病机制、诊断与治疗方法。方法：根据病人症状、体征、影像学检查拟定诊断标准，对46例腰椎节段不稳合并椎间盘突出的患者手术治疗，行突出髓核摘除同时，行不稳定节段的融合或融合加内固定，术后平均随访2年6个月。结果：42例获得随访，优22例，良14例，优良率85．7％。结论：腰椎节段不稳合并椎间盘突出，在明确诊断后应早期手术治疗，术中在摘除椎间盘的同时，应对不稳节段行融合或融合加内固定。     

胸腰段三维有限元模型的建立

目的：研究建立胸腰段活动节段三维有限元的模型.方法：选取一具正常人体T10～S1节段标本为研究对象,通过CT扫描获取脊柱的二维图像,然后进行三维重建,转化为有限元几何模型.通过有限元方法,将脊柱几何模型网格化转变为T10～L3活动节段有限元模型,然后应用ANSYS6.0软件对模型在轴向载荷状态下进行应力分析.结果：建立T10～L3活动节段的有限元模型,并分析了轴向载荷下T12～L1节段不同组成部分的应力分布.结论：为胸腰段活动节段三维有限元模型的建立提供了一种简便、精确的方法,为分析和研究该模型在各种情况下的生物力学表现创造了条件.     

颈椎退行性变生物力学有限元法研究进展

颈椎退变是一个极其复杂的过程,颈椎退行性变引起的增生、骨赘、椎间盘变性等是老龄颈椎疾患的主要原因。生物力学研究在探讨颈椎退变发生发展及相关问题上有很重要的作用。传统实验生物力学方法因其自身缺陷有一定的局限性,本文介绍一种新型的力学分析技术——有限元法及其在颈椎退变中的应用。     

胸腰椎骨折脱位型USS内固定疗效分析

目的 探索胸腰椎骨折脱位型患者采用长节段椎弓根钉的治疗效果。方法 行后正中入路，悬空胸腹部，手术以伤椎为中心显露上下各两节椎之椎板及椎间小关节，给予减压、矫形、经椎弓根钉固定和横突间植骨术。结果 本组26例患者，术后经X线照片和MRI复查，均见旋转，侧方移位和前后方脱位纠正，基本恢复了正常的解剖序列，椎管减压充分，内固定牢靠，经随访：8-24mo，平均16mo，骨折愈合良好，内固定无松动，其中8例患者，双侧股四头肌由术前的Ⅰ级恢复到Ⅲ级。结论 胸腰椎骨折脱位型采用长节段经椎弓根钉USS内固定具有矫形、复位效果好，内固定牢靠的作用。     

轴向加载对腰椎结核模型稳定性影响的三维有限元研究

目的：研究轴向加载对腰椎结核三维有限元模型稳定性的影响,为临床治疗腰椎结核提供生物力学理论依据。方法：选取自愿者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立正常材质的L2-L5节段腰椎模型和5种不同的结核模型,在相同的轴向加载条件下进行分析。结果：通过轴向加载发现,正常腰椎的平均刚度为277N/mm,A、B、C、D、E五型结核腰椎的平均压缩刚度分别为233N/mm、239N/mm、275N/mm、253N/mm和217N/mm。腰椎结核模型平均刚度比正常模型最大减小近22%;在应力方面,结核破坏区域位于骨皮质时影响最大,出现大的应力集中情况;同时,结核破坏对于椎间盘的力学传导有很大影响。结论：腰椎结核破坏影响腰椎的稳定性,不同部位的结核破坏产生相应的应力集中,研究结果对临床治疗有指导意义。     

上颈椎不稳有限元模型的建立及分析

目的：建立上颈椎不稳的三维有限元模型,并探索其临床治疗的意义。方法首先建立上颈椎正常的三维非线性有限元模型,在此基础上结合临床上的颈椎不稳病例,通过有限元软件的应用,建立上颈椎不稳的三维有限元模型并进行有限元分析。在屈、伸、侧屈、旋转等工况下,测量并比较上颈椎脱位模型与正常上颈椎模型的活动度(ROM)差异。结果所建上颈椎有限元模型外观清晰逼真,几何相似性良好。上颈椎不稳模型各个工况下的活动度与正常上颈椎模型相比明显增大,与体外生物力学实验结果基本吻合。结论有限元三维模型的建立提供了一种便捷而精确的方法。上颈椎不稳的非线性三维有限元模型能够较好地模拟临床病例,从而指导制定临床治疗策略。     

骨质疏松性腰1椎体有限元模型的建立和应力分析

目的:建立不同载荷下骨质疏松性椎体骨折的有限元模型,研究载荷条件与骨折部位的关系,预测骨折方式。方法:将志愿者T12-L2椎体CT数据导入Mimics软件,建立L1椎体有限元模型,然后导入3-Matic软件建立皮质骨和松质骨模型,再导入Ansys Workbench软件,分别赋予骨质疏松材料属性并划分网格。对模型施加五种不同的载荷,模拟椎体骨折。结果:椎体与皮质骨形变一致,皮质骨较松质骨形变值更大(P=0.042<0.05)。所有载荷中,垂直压力产生最大形变值,扭转载荷最小。压缩负荷导致椎体上终板和椎体中心形变最大,方向向下;前屈、后伸和侧弯均导致椎体前柱周围形变最大,向载荷方向形变,也导致椎体高度丢失;扭转导致椎体前缘形变最大。结论:本研究预测在骨质疏松性椎体骨折情况下,椎体皮质骨较松质骨先发生骨折;垂直压力最容易引发椎体骨折;垂直压力可造成椎体压缩骨折;前屈、后伸和侧弯均可造成椎体爆裂骨折;扭转可造成椎体前缘骨折。     

上颌第一磨牙远中移动时牙根应力分布的三维有限元分析

目的研究上颌第一磨牙远中移动时其牙根应力分布情况，探寻上颌第一磨牙远中移动的最佳荷载方式，为正畸临床提供生物力学参考。方法采用已建立的上颌第一磨牙三维有限元模型。使用四种不同负荷方式对模型进行加载。结果上颌第一磨牙远中移动时，不同的加载所在牙根上产生应力分布不同。结论在上颌第一磨牙颊面中心附近施加远中力并结合抗衡力矩、（Mt/F=10，Mr/F=6）可以使牙根获得较平均分布的低压应力，它能使牙齿倾向于整体移动并且可以避免牙根吸收。     

有限元法在不同嵌体材料修复中的应力分析

目的结合根管治疗后对下颌第一磨牙近中－合面－远中（MOD）实施不同材料的嵌体（Inlay）修复,得出不同荷载条件下的牙体组织应力水平及分布变化规律。方法建立右下颌第一磨牙MOD计算机三维有限元实体模型,模拟临床常用的金合金、复合树脂、陶瓷等材料对MOD采用嵌体修复,观察3种不同材料对MOD底部及牙颈部牙体组织的应力大小及分布变化。结果从两种条件下的应力分布趋势分析,舌向45。条件下,对于牙本质,金合金嵌体的应力最大,复合树脂嵌体的应力最小;而牙冠处的应力大小接近。在舌向加载条件下,对于MOD洞型底部和牙颈部来说,其颊侧应力区域较为集中,而舌侧应力集中度明显低于颊侧。结论复合树脂的应力最小;3种不同修复材料对牙体组织的应力分布相似,而且集中于MOD洞型底部及牙颈部位,前者的应力水平高于后者。当牙体组织龋损较为严重,或者波及较多牙面时,建议选择弹性模量与牙本质接近的复合树脂材料来进行嵌体修复,以更好的避免高应力集中导致牙体折裂的发生。     

压痕硬度测试的有限元分析

根据压痕硬度测试理论,建立了有限元模型。通过有限元手段分析了金属材料在不同载荷作用下的压入过程,了解在压痕硬度试验过程中压痕周围所产生的应力分布,计算了硬度HB值,与在硬度试验中所测的HB值吻合,证实了模型和材料特性描述的可靠性,在此基础上,研究了不同硬度的试件,载荷对压痕参数和压痕周围应力分布的影响。结果表明:载荷大小直接影响压痕深度、隆起部分、回弹量和塑性区域大小,随着载荷的增加,压痕深度、隆起部分、回弹量和塑性区域大小均有不同程度的增加,增加的程度与材料的硬度有关,而且随着载荷的增加,压入深度加深,压痕周围塑性区域逐渐扩大,其硬度值和塑性区域逐渐趋于稳定范围。     

尖牙远中移动的有限元研究

目的 用有限元的方法分析尖牙远中移动时尖牙及支抗磨牙不同受力状态下的移动方式。方法 用超级有限元计算程序ＳＵＰＥＲＳＡＰ对分为３４４个节点、３２３个单元的尖牙 移动模型进行分析,通过标准偏差值Ｓ和水平位移量的计算,了解尖牙受远中牵引力１００ｇ及不同转矩力时的移动形式和支抗在牙的受力情况。结果 尖牙受到的远中牵引力及力矩的比例为１：４．７时,基 移量的标准偏差值最小;将后牙连成整体,受力时位移值最小