人体髋关节周围肌肉三维生物力学模型的建立与应用

目的：建立精确，接近生理的髋关节周围肌肉三维生物力学模型。方法：以股骨头、髋臼的中心为原点建立股骨及骨盆的右手正交坐标系，将髋关节周围起于骨盆的肌肉的股骨、骨盆附着点的三维坐标位置进行了测量定位．结果：测得了髋关节周围起于骨盆的22块肌肉的股骨．骨盆附着点的三维坐标位置。结论：本模型全面描述了髋关节周圃肌肉的三维特征，提高了其反映关节生物力学环境的准确性。     

人体髋关节周围肌肉三维生物力学模型的建立与应用

目的建立精确、接近生理的髋关节周围肌肉三维生物力学模型.方法以股骨头、髋臼的中心为原点建立股骨及骨盆的右手正交坐标系,将髋关节周围起于骨盆的肌肉的股骨、骨盆附着点的三维坐标位置进行了测量定位.结果测得了髋关节周围起于骨盆的22块肌肉的股骨、骨盆附着点的三维坐标位置.结论本模型全面描述了髋关节周围肌肉的三维特征,提高了其反映关节生物力学环境的准确性.     

锁骨三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的:建立正常锁骨有限元模型,并模拟锁骨轴向受力状态下应力分布及应变特征,为锁骨的生物力学研究提供数值分析模型.方法:通过CT扫面正常成年男性右侧锁骨,获得连续断层图片,导入Simpleware医学建模软件生成实体模型后,应用通用有限元分析软件ANSYS 10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型.约束边界条件,模拟锁骨轴向受力状态进行加载,得出锁骨有限元模型上的应力分布与应变结果.结果:建立的锁骨有限元模型节点共62 182个、四面体单元40 878个.锁骨在轴向载荷状态下应力集中主要位干锁骨干中1/3区域,且下表面应力集中现象较上表面明显.结论:应力分析结果解释了锁骨骨折好发于中1/3的原因,并且发现主要应力集中于下表面,锁骨产生断裂的弯矩位于冠状面,提示临床内固定治疗锁骨中段骨折时,钢板放置于上表面能有效抵抗产生的弯矩,避免内固定失败.有限元分析法可较好分析锁骨的生物力学特点.     

基于MRI的人体指骨间关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的利用人指骨间关节的磁共振成像（MRI）数据,建立正常人指骨间关节三维非线性有限元模型,并对指骨间关节的生物力学变化进行初步探讨。方法利用MRI对健康男性左手扫描,分别得到横切面与纵切面的层厚为1.5mm的不间断连续横断位与矢状位MRI图像。将图像导出并刻录存盘为DICOM格式文件。并利用Mimics10.0软件,建立基于MRI图像数据的指骨间关节三维模型。然后使用Geomagic Studio8软件对模型进一步处理,包括光顺与打磨,存成IGES格式的三维几何模型。最后将模型导入ANSYS11.0软件进行网格划分和力学分析。结果本文基于医学图像建立了与解剖结构非常接近的手指骨间关节三维有限元模型,分析了指骨间关节的受力情况,并对各种数据进行初步研究,为进一步指骨间关节的研究奠定基础。结论①根据MRI图像数据建立的三维模型,比CT扫描数据建立的模型更接近于真实解剖结构;②根据MRI图像建立的三维有限元模型为静力模型,能很好地分析指骨间关节的应力情况;③为进一步进行指骨间关节生物力学分析提供了方法与平台。     

基于MRI的人体指骨间关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的 利用人指骨间关节的磁共振成像(MRI)数据,建立正常人指骨间关节三维非线性有限元模型,并对指骨间关节的生物力学变化进行初步探讨.方法 利用MRI对健康男性左手扫描,分别得到横切面与纵切面的层厚为1.5mm的不间断连续横断位与矢状位MRI图像.将图像导出并刻录存盘为DICOM格式文件.并利用Mimics 10.0软件,建立基于MRI图像数据的指骨间关节三维模型.然后使用Geomxgic Studio 8软件对模型进一步处理,包括光顺与打磨,存成IGES格式的三维几何模型.最后将模型导入ANSYS11.0软件进行网格划分和力学分析.结果 本文基于医学图像建立了与解剖结构非常接近的手指骨间关节三维有限元模型,分析了指骨间关节的受力情况,并对各种数据进行初步研究,为进一步指骨间关节的研究奠定基础.结论 ①根据MRl图像数据建立的三维模型,比CT扫描数据建立的模型更接近于真实解剖结构;②根据MRI图像建立的三维有限元模型为静力模型,能很好地分析指骨间关节的应力情况;③为进一步进行指骨间关节生物力学分析提供了方法 与平台.     

人体全骨盆三维有限元模型的建立与验证

目的建立人体全骨盆的三维有限元模型,提供骨盆生物力学研究的数学模型。方法获取正常成年男性全骨盆包括相邻自第3腰椎、股骨上端1／3处的CT扫描图像,运用ANSYS有限元分析系统,采用直接从原始图片生成单元和节点的方法构建人体全骨盆的三维有限元模型。结果建立了正常人体全骨盆并包含第3腰椎和股骨上1／3段的三维有限元模型,模型由721820单元,207248节点构成。结论建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具。     

髋臼三维有限元模型的建立

目的:构建髋臼三维有限元模型.方法:选择成年湿髋臼尸体标本行CT扫描成像得到髋臼每层横截面图像,提取边界坐标,利用有限元分析软件ANSYS5.6构建髋臼三维有限元模型,三维十结点四面体实体单元进行网格划分.结果:所构建髋臼模型共划分为121 239个结点、112 491个单元,客观反映髋臼真实解剖形态及生物力学行为.结论:构建的髋臼三维有限元模型为髋臼骨折内固定的记忆力学研究提供可循模型.     

人股骨生物力学特征的三维有限元分析

目的 了解股骨头颈部的力学分布以对临床股骨颈骨折治疗进行指导。方法 应用大型有限元分析软件ABAQUS建立人体股骨的三维有限元仿真模型，对该模型进行各种分析。结果 载荷的传导主要通过压力骨小梁和股骨距由股骨颈区传至股骨干的中下1／3处；当外界暴力作用时，应力主要集中在股骨上股，即股骨颈中下段和大小转子处及其之间。结论 股骨颈处的压力骨小梁和股骨距是重要的承载结构，内固定物的放置应循压力骨小梁方向尽量紧贴股骨距钻入；外展肌力的收缩对髋关节有一定的保护作用。     

仿生种植牙三维有限元模型的建立

目的：建立成人上颌中切牙的仿生种植三维有限元模型,探讨仿生种植牙的生物力学特性.方法：以成人上颌中切牙为标本,通过螺旋CT扫描和计算机图像处理技术,获取中切牙各截面的轮廓坐标数据,再通过CAD技术进行单元网格的自动划分,形成SuperSAP模型数据文件,输入到SuperSAP93有限元专用分析软件后建模.结果：建立了有效的仿生种植牙三维有限元模型.结论：模型的几何相似性、生物力学相似性均佳,可用于仿生种植牙的生物力学研究.     

人体上颌骨及牙列三维有限元模型的建立

目的：探讨建立人体上颌骨及牙列三维有限元模型的高度数字化方法，为分析上颌骨的生物力学性质提供了一个标准数学模型。方法：选择一具颅骨标本作为建模素材，通过螺旋CT扫描技术完成初步重建，并在此基础上利用Abaqus软件建立上颌骨及牙列的三维有限元模型。结果：获得了形态细致逼真的上颌骨及牙列三维重建生物医学模型。结论：该模型具有较好的力学相似性和几何相似性，为临床探索上颌骨的生物力学机制提供了研究手段。     

基于中国可视人体数据集构建髋关节应力分析三维有限元模型

目的 基于中国可视化人体数据集准确构建包括髋关节骨、软骨及盂唇完整结构的三维有限元应力分析模型.方法 利用中国可视化人体数据库高分辨率磨片图像,采用轮廓提取法,在AutoCAD工作平台及Solidworks软件辅助下,通过实体加减法建立髋臼骨、软骨、盂唇和股骨头骨、软骨的三维实体模型,并导入ABAQUS分析系统中作为装配的模型部件,设定材料属性后进行网格化,获得三维有限元模型组件.将髋臼骨、软骨、盂唇和股骨头骨、软骨部件分别组装,定义股骨近端相对髋臼屈髋5°、外旋20°,以股骨头中心施加垂直向上应力400 N,分析验证其软骨部位的应力分布.结果 采用实体加减法获得的组件在ABAQUS分析系统中装配准确,骨、软骨和盂唇连接界面未出现影响应力分析的间隙或实体重叠,网格化过程顺利.获得的软骨及盂唇接触区域的应力分布、软骨应力集中区域与传统研究方法结果相近.结论 利用中国可视化人体数据库磨片能准确构建包括髋关节完整结构的三维有限元应力分析模型,并可避免其他构建方法无盂唇结构的缺陷.     

膝关节三维有限元模型的建立

目的建立完整的膝关节三维有限元模型。方法获取正常膝关节SCT扫描图像数据,使用3D-Doctor、Geomagic Studio、ABAQOUS等软件建立膝关节三维有限元模型。结果建立的膝关节三维有限元模型具有良好的生物形态,外形与实体标本一致性高。结论采用CT扫描资料建立三维有限元模型是切实可行的,简便、高效,特别适用于骨科领域三维有限元模型的建立。     

膝关节三维有限元模型的建立

目的 建立完整的膝关节三维有限元模型.方法 获取正常膝关节SCT扫描图像数据,使用3D-Doctor、Geomagic Studio、ABAQOUS等软件建立膝关节三维有限元模型.结果 建立的膝关节三维有限元模型具有良好的生物形态,外形与实体标本一致性高.结论 采用CT扫描资料建立三维有限元模型是切实可行的,简便、高效,特别适用于骨科领域三维有限元模型的建立.     

脊髓型颈椎病患者三维有限元模型的构建与生物力学分析

目的：构建颈部三维有限元模型(finite element model,FEM),初步分析脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)患者与对照者颈部生物力学的差异,为CSM发病机制的研究提供生物力学依据。方法：以1名CSM患者作为力学模拟实验对象进行三维CT扫描,并构建颈部三维FEM依照患者的年龄、性别、身高、体重等参数选取本团队已有的健康颈部三维FEM作为对照,比较患者和对照者在颈椎正常受力情况下椎体、椎间盘、韧带及脊髓的应力差异,以及后仰伸运动后最大应力的差异。结果：成功构建CSM患者及对照者FEM模型,并进行力学分析,CSM患者颈椎椎体受力差异C5~C6节段最明显,对照者和患者的最大应力部位均在椎体前缘,CSM患者椎体前缘的最大应力小于对照者;CSM患者椎间盘应力分布不均匀,最大应力部位集中在椎间盘底部后缘的两侧;CSM患者各韧带的应力分布不均匀,其中后纵韧带应力最大。CSM患者颈椎在后仰伸运动时范围受限。结论：CSM患者相对于对照者可能存在颈部椎体、椎间盘及韧带受力平衡的改变和颈椎运动范围的受限,这可能与CSM力学发病机制相关。     

腕关节有限元骨性建模及力学分析

目的：探讨基于CT影像数据的腕关节有限元模型构建、受力分析,以期为开展腕关节生物力学有限元分析的研究提供参考。方法：选取1名29岁成年健康男性志愿者,对其右尺桡骨远端到近端指骨进行CT扫描,将所得图像导入Mimics 10.01中,建立腕关节三维有限元模型,将赋予材料属性的模型导入ANSYS10.0中,模拟体外生物力学试验,观测在轴向压力情况下腕关节各结构的应力分布。结果：成功建立了包括桡、尺骨远端,腕骨,掌骨,近端指骨,三角纤维软骨复合体等结构的三维有限元模型,计算并获得了掌骨受轴向压力下各腕骨的应力分布图。结论：在目前的个人计算机平台上依据CT影像资料,利用医学图像处理软件和三维重建软件可以准确、快捷地构建腕关节的三维有限元模型,并可根据模型计算轴向压力下的应力分布,为腕部有限元分析及整个虚拟手的构建提供了技术支持。     

Amira与UG及ALGOR软件联合建立下颌磨牙三维有限元模型

目的:建立人下颌D区567三维有限元模型. 方法:采用薄层CT扫描技术、医学影像三维重建软件Amira和Unigraphics NX造型软件以及有限元分析软件ALGOR相结合建立下颌567及其支持组织的三维有限元模型. 结果:建立了下颌D区567三维有限元模型,总节点为93 260个,六面单元数为167 111个. 结论:所建模型结构完整,空间结构测量准确度高,单元划分精细、能够较精确地模拟实体状态,为进一步的生物力学研究提供了基础.     

胆囊三维有限元力学模型的构建

目的 建立人胆囊三维有限元力学模型,用于胆囊的非侵害性生物力学研究和手术模拟.方法 根据胆囊的解剖学数据,在参数化CAD软件PRO/E中建立胆囊的三维交互式CAD模型,以IGES格式导入到通用有限元分析软件ANSYS中,以20节点SOLID95单元划分几何模型并赋材料属性建立有限元模型.模拟胆囊底受钳夹的工况,分析胆囊在位移载荷下的形变和应力分布.结果 成功建立了具有几何相似性和物理相似性的三维胆囊有限元模型,包含了胆囊底、体、颈结构,共14 520个单元,82 524个节点.模拟胆囊底受钳夹工况时,形变集中在胆囊底顶部区域,而应力集中在胆囊床边缘和胆囊颈与胆囊管部.结论 有限元法可模拟胆囊在手术中的力学响应,可用于胆囊的生物力学研究.     

膝关节三维有限元模型的建立及生物力学分析

目的：建立正常中国成年男性膝关节三维有限元模型,并在模型上加载压缩、弯曲、内外翻和旋转力矩进行受力分析,以验证模型的有效性。方法：选取1名正常男性青年膝关节直立位横断CT扫描片一套,利用图像处理和转换技术,运用有限元软件ABAQOUS/STANDARD Version6.5,建立正常膝关节三维有限元模型。在模型上加载压缩、弯曲、内外翻和旋转力矩进行受力分析。结果：建立了正常中国成年男性膝关节三维有限元模型。正常膝关节的内、外翻活动范围较小,且同一膝关节的内、外翻活动范围无统计学差异（P>0.05）。正常膝关节的旋转活动发生在屈膝状态下,且同一膝关节的内旋、外旋活动范围有明显差异（P<0.05）,外旋活动范围较大。结论：本实验建立的模型能逼真地反应膝关节的真实几何结构,模拟膝关节的各种运动,是进行生物力学研究的有效工具。