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0.625mm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。     

基于DICOM数据构建股骨三维有限元模型的精确力学分析☆

背景：有限元模型已经由二维发展到三维,由线性模型发展到非线性,由于该方法在分析不太规则物体的力学特点方面具有优越性,因此在骨科生物力学研究特别是髋关节方面得到广泛应用。目的：利用有限元方法分析人体股骨在载荷下的受力状态,探索一种快速建立股骨有限元模型并能进行精确力学分析的方法。方法：选择标准成年男性志愿者行股骨CT扫描成像,得到股骨每层横截面图像,应用DICOM数据和MIMICS软件行三维重建,结合有限元分析软件ABQUS 6.8构建股骨三维有限元模型,并分析股骨模型载荷状态下的应力分布。结果与结论：结果显示,基于DICOM数据建立的股骨三维有限元模型,划分网格后形成38636个节点,201422个单元,其中包括股骨松质骨体网格模型与皮质骨体网格模型。有限元分析结果与以往的实验数据一致性较好,能够客观实际地反映股骨真实解剖形态和生物力学行为,分析精度较高。提示运用Mimics软件提供了简单有效的建模方法,极大程度上提高了建模效率,基于 DICOM 数据的三维有限元模型几何形状较准确,可以为股骨正常力学行为研究提供精确模型。利用ABQUS 6.8分析得到的应力分布情况与临床观察一致。     

上颌切牙区3种不同形式种植固定桥三维有限元模型的建立

背景:研究表明,三维有限元分析法是分析种植体周围骨界面生物力学分布的重要研究手段,精确的模型构建是三维有限元准确分析的基础,可为优化种植设计方案提供研究支持.目的:建立3种不同形式种植固定桥修复上颌切牙区的三维有限元模型,为研究其生物力学分布提供数学化模型.方法:利用CT扫描技术和Geomagic studio 9.0软件、Mimics 10.01软件的实体建模技术,结合ANSYS 10.0有限元分析软件建立人上颌切牙区3种不同形式种植体支持固定桥的二维有限元模型.结果与结论:成功建立了三维有限元模型,总节点数为365 173个,四面体总单元数为204 854个.该模型获得上颌骨、上颌中切牙、侧切牙、种植体及瓷层的形态,具有良好的几何相似性.提示将CT扫描技术、数字图像处理技术与一系列计算机软件相结合,建立三维有限元模型的方法是行之有效的.     

不同运动步态下锁定加压钢板固定胫骨干骨折的有限元分析

背景:目前有限元分析广泛应用于人体骨折内固定模型的力学分析,但大多研究局限于静态下,动态下的骨折模型有限元分析尚未见报道。目的:通过三维有限元分析来探讨锁定加压钢板固定胫骨干不同类型骨折在不同运动步态下的应力分布情况。方法:利用CT扫描获得正常成人胫腓骨及足部的薄层扫描图像;运用相关软件建立其三维模型,在此模型上模拟出胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种类型骨折,并与锁定钢板进行装配生成实验模型,各组模型加载相同的轴向压缩载荷600N。通过有限元分析软件Ansys12.0分别测定各组模型在落地相、中立相、离地相三种步态下的应力分布情况。结果与结论:在步态下,胫骨在骨折各组中的应力分布由小到大均为:落地相<中立相<离地相。锁定钢板在胫骨中段横行、斜行、粉碎性骨折中的应力分布由小到大均为:中立相<落地相<离地相;在胫骨中段螺旋形骨折中应力分布由小到大为:离地相<中立相<落地相;提示在运动步态中,钢板和胫骨均在离地相受力最大。钢板的应力集中在中间或边缘;而胫骨的应力分布在骨折线以上靠近近端,骨折线以下靠近骨折线。就胫骨整体而言,呈现两端集中,中间分散的状态。     

不同运动步态下锁定加压钢板固定胫骨干骨折的有限元分析

背景：目前有限元分析广泛应用于人体骨折内固定模型的力学分析,但大多研究局限于静态下,动态下的骨折模型有限元分析尚未见报道。目的：通过三维有限元分析来探讨锁定加压钢板固定胫骨干不同类型骨折在不同运动步态下的应力分布情况。方法：利用CT扫描获得正常成人胫腓骨及足部的薄层扫描图像;运用相关软件建立其三维模型,在此模型上模拟出胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种类型骨折,并与锁定钢板进行装配生成实验模型,各组模型加载相同的轴向压缩载荷600N。通过有限元分析软件Ansys12.0分别测定各组模型在落地相、中立相、离地相三种步态下的应力分布情况。结果与结论：在步态下,胫骨在骨折各组中的应力分布由小到大均为：落地相〈中立相〈离地相。锁定钢板在胫骨中段横行、斜行、粉碎性骨折中的应力分布由小到大均为：中立相〈落地相〈离地相;在胫骨中段螺旋形骨折中应力分布由小到大为：离地相〈中立相〈落地相;提示在运动步态中,钢板和胫骨均在离地相受力最大。钢板的应力集中在中间或边缘;而胫骨的应力分布在骨折线以上靠近近端,骨折线以下靠近骨折线。就胫骨整体而言,呈现两端集中,中间分散的状态。     

基于MRI图像胫股关节有限元模型的建立

选择1名正常青年男性,排除膝关节疾患,年龄28岁,体质量68 kg,身高175 cm,利用本院1.5TTwinspeed/Excite超导型磁共振扫描仪进行右膝关节连续失状位MRI扫描,扫描方式右膝关节自内向外不间断扫描.所得扫描图像经过Mimics10.0、eomagic Studio 8.0分析软件处理后建立胫骨关节三维模型.并将Geomagic Studio 8.0软件处理生成的STL文件转化为有限元分析软件ANSYS 11.0可接受的IGS文件.以此方法完成了MRI图像下胫股关节高仿真模型的建立.利用MRI图片,经过Mimics10.0、Geomagic Studio 8.0软件处理建立了人体右膝胫股关节的三维计算机模型,为后期取股骨髁表面软骨修复指间关节损伤的有限元仿真分析提供了保证.结果提示,二维MRI图片下所建立三维模型,解决了CT数据对软组织成像较差的不足,能够使模型更接近于真实解剖结构.     

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.     

基于正常人体资料建立胸腰椎多椎体压缩性骨折三维有限元模型

将健康志愿者扫描所得的胸腰段210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,三维化处理后获得胸腰段三维几何面网格模型,直接导入Ansys划分体网格,再将体网格转入Mimics根据CT值给于赋值,再次导入Ansys添加韧带、关节约束后生成三维有限元模型.在生成的模型上约束L_1下端、在T_(12)上缘由前向后施加位移载荷,运算求解.将单纯T_(12)L_1双椎体压缩性骨折患者的CT扫描图片按同法建立有限元模型,并将2个骨折模型施加拉力力矩验证其有效性.结果显示,建立了外形逼真、生物力学特性全面的胸腰段脊柱椎体压缩性骨折三维有限元模型.结果提示,应用正常人体原始资料,依据骨折受伤机制构建相应骨折有限元模型的方法科学有效.     

以螺旋CT数据建立的颅底三维有限元模型

背景:近年来国内外学者进行了大量生物力学实验研究,试图解释颅脑损伤的发生过程和受力大小与损伤部位的相关性.但是目前针对颅底骨折原因的研究主要是直接暴力,对于间接暴力作用于颅底后颅底的应力分布情况尚无报道.目的:利用螺旋CT数据、三维重建软件及有限元分析软件,在普通PC机建立颅底三维有限元模型.方法:选择正常成年女性作为建模对象,无头颈部损伤、手术及其他病史,CT扫描前进行X射线常规检查排除器质性疾病.头部螺旋CT薄层扫描后,将图像数据输入医用图像与三维重建软件MIMICS中,建立颅底的三维可视化模型.将该模型简化优化后,导入有限元分析软件ANSYS 10.0中,建立颅底的三维有限元模型.结果与结论:建立了由额骨、蝶骨、筛骨、颞骨、枕骨等共同组成的颅底实体模型,由于成年人骨缝闭合,所以将其视为一个整体.对实体模型划分网格,得到颅底的三维有限元模型,共有51 053个单元,80 273个节点.提示所建立的颅底有限元模型外形逼真,几何相似性好,可以用来进行颅底骨折的生物力学研究.     

髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型的建立和分析

背景:目前有关髌骨骨折内固定的生物力学研究大多集中在尸体标本上,应用现代有限元法进行分析的报道较少。目的:建立髌骨骨折AO张力带内固定的三维有限元模型,并对所建模型进行有限元力学分析。方法:选择1名成年女性志愿者,行下肢薄层CT扫描,将图像数据导入Mimics10.01软件通过Region growing提取右侧髌骨polylines,导入Geomagic studio10.0建立髌骨几何模型。将髌骨几何模型导入PRO/E2.0软件中,利用软件中的分割功能模拟髌骨骨折,利用软件中的扫描功能,生成两根折弯的克氏针和环形钢丝,建立三维髌骨骨折AO张力带内固定模型,导入ANSYS中建立三维有限元模型,模拟屈膝90°髌股关节作用力600N进行有限元分析,分析其位移及变形特点。结果与结论:AO张力带有多向加压作用,及明显对抗股四头肌向上拉应力的作用。提示有限元分析结果与生物力学结果相符,建立的髌骨骨折AO张力带内固定有限元模型有效,有助于更全面了解张力带内固定髌骨骨折的生物力学原理,为临床治疗提供借鉴。