髋关节表面置换后股骨侧应力分布的有限元分析

目的通过有限元分析探讨髋关节表面置换后股骨侧的生物力学意义.方法采用有限元构建分析软件ANSYS workbench v10．0,通过对髋关节表面置换后股骨侧的结构进行拆分,分别将3部分构建后生成体积建立髋关节表面置换后股骨侧三维有限元模型,利用MSC patran2007计算软件,采用四面体10节点自由划分网格,共38147节点,187547单元,其中假体模型57446单元、水泥壳模型28265单元、股骨部分101836单元,分析髋关节表面置换后股骨侧的应力分布情况：结果所构建的三维有限元模型,逼真反映髋关节表面置换后股骨侧的真实几何形态及其生物力学。结论有限元模型的构建,可以为髋关节表面置换术的生物力学行为以及假体优化设计提供精确模型.     

股骨柄假体与骨固定界面三维有限元模型的构建及其生物力学意义

目的 探讨非骨水泥型人工髋关节假体柄-骨固定界面三维有限元模型的构建方法及其生物力学意义.方法 选用股骨标本和股骨柄假体,分别行薄层CT扫描,保存断层扫描图像.将CT扫描数据以Dicom格式导人Mimics软件,进行灰度阈值调整、区域分割后,重建两者的三维模型,并模拟髋关节置换术进行装配.股骨体内腔与股骨柄之间定义为面-面接触关系,在Free form软件中对各模型铺面处理后以IGES格式导入有限元分析软件Ansys中,采用十结点solid 185单元进行网格划分,选择人体45％步态相模拟人体攀爬楼梯工况,分析相应的yon Mises应力分布情况以及界面接触压力、磨擦应力和相对滑动位移.结果 所构建的面-面接触连接、界面划移的非骨水泥型髋假体-骨界面三维有限元模型,客观反映假体-骨界面的真实解剖形态及生物力学行为,还原性良好,可以满足有限元分析的需要.结论 构建的非骨水泥型人工髋关节假体-骨固定界面三维有限元模型,为非骨水泥型髋关节置换术后假体-骨固定界面骨改建、骨整合的力学基础研究提供精确模型.     

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.     

基于CT图像的人体股骨上段有限元模型的建立

目的 建立人体股骨上段三维有限元模型,从几何上完全忠实于真实的解剖结构,作为今后对股骨进一步有限元分析的基础.方法 采用活体股骨上段为研究对象,应用CT扫描技术获取CT图像资料,运用三维图像重建软件3D-doctor进行图像重建,获取股骨上段三维坐标,输入有限元分析软件Cosmos/M,通过确定材料特性参数和网格化,建立完整的股骨上段三维有限元模型.结果 建立的三维有限元模型几何形状与材料特性还原良好,网格大小可根据研究者的需要在一定范围内自行调整,可以满足有限元分析的需要.结论 采用CT扫描资料建立股骨三维有限元模型切实可靠,可以最大限度地忠实于个性化的解剖结构,且利用这种方法可以更精确地模拟复杂几何形态的实体.     

下颌固定义齿三维有限元模型的建立

目的：建立后牙三单位固定桥的三维有限元模型。方法：薄层CT扫描技术与Ansys软件相结合对38层层厚为1mm的CT断层影像进行分析处理。结果：所构建的三维有限元模型具有良好的几何相似性，共有单元605140个，节点106265个，可以按照不同的研究要求进行删除、旋转、切割和添加。结论：薄层CT扫描技术与Ansys软件相结合建立的三维有限元模型能较精确地模拟实际情况，为进一步的生物力学研究提供基础。     

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。     

种植义齿部件有限元建模与试验研究

目的:建立与种植义齿部件实体具有几何和力学相似性的三维有限元模型。方法:用CaMega光学扫描,建立种植体、基台三维CAD模型,导入ANSYS软件,进行单元划分建立有限元模型,并根据载荷-变形实验数据,调整有限元模型参数。结果:建立的种植义齿三维有限元模型,经试验验证,与义齿实体具有几何和力学相似性。结论:采用光学三维扫描,修正有限元模型参数,建立的种植义齿部件有限元模型,能反映其实体的几何形状和力学特性。该研究是种植义齿有限元分析的基础。     

利用螺旋CT技术建立单侧完全性唇腭裂上颌骨三维有限元模型

目的:探索快速建立单侧完全性唇腭裂上颌骨三维有限元模型的方法.方法:对单侧完全性唇腭裂患者头颅部进行多层螺旋CT扫描,利用Mimics软件直接将CT扫描样本得到的Dicom标准文件进行处理,并导入逆向工程软件Geomagic Studio来构建模型的表面,在此基础上用Ansys软件建立完整的单侧唇腭裂上颌骨三维有限元模型.结果:建立了由27 405个实体单元和26 876个节点组成的单侧完全性唇腭裂上颌骨有限元模型.结论:应用螺旋CT技术和联合使用Mimics软件、Geomgaic Studio软件对模型进行构建,并结合Ansys软件生成三维有限元计算模型,是一种快速有效地建立单侧完全性唇腭裂有限元模型的方法.     

眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型的建立

目的利用螺旋CT建立眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型,为眶部种植生物力学研究提供模型支持。方法利用64排螺旋CT扫描正常成人颅颌骨,数据导入SolidWorks和ANSYS Workbench建模软件,形成眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。结果建立的三维有限元模型具有良好的几何相似性和力学相似性,可满足模拟加载的需要。结论采用CT扫描数据和SolidWorks、ANSYS Workbench等软件,可以建立切实可行的眶部种植体及颅颌面受植区三维有限元模型。     

后牙残根核桩冠的三维有限元模型建立

目的:建立上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型,以便对后牙残根核桩冠修复后的应力学进行研究.方法:采用CT扫描,Mimics软件和Abaqus软件的CAD进行三维有限元模型的创建.结果:建立了上颌第一磨牙残根桩核冠的三维有限元模型.结论:建立的后牙残根三维有限元模型具有高度的几何相似性和力学性能相似性,可以用来进行后牙残根核桩冠修复后的力学研究.     

螺旋CT扫描建立成人股骨头坏死三维有限元模型

目的:通过螺旋CT扫描获取相关数据,建立成人股骨头坏死的三维有限元模型,为分析股骨头坏死后的力学改变及治疗方法的评价打下基础。方法:采用健康成人股骨上段为研究对象,应用螺旋CT扫描技术,获取股骨上段三维坐标,结合松质骨、皮质骨的材料特性参数,输入通用三维有限元分析软件ANSYS8.0中,建立正常成人股骨上段三维有限元模型,并在此基础上建立具有不同大小、方向、深浅坏死区的成人股骨头坏死模型。结果:建立的模型在几何形状、材料特性方面贴近真实情况,坏死区的设计能够全面覆盖临床常见的类型,可以满足临床进一步分析的需要。结论:采用螺旋CT扫描资料建立三维有限元模型,几何模拟、材料模拟、更加接近于自然情况,简便、高效,为进一步的分析提供一个理想的平台。     

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。     

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。     

标准步态下骨盆三维有限元模型构建及其生物力学意义

目的:构建包含骨盆肌肉及头臼作用力的标准步态下骨盆三维有限元模型.方法:选择标准成年男性志愿者行骨盆CT扫描成像得到骨盆每层横截面图像,运用Mimics软件行三维重建,利用有限元分析软件PATRAN 2005R2构建髋臼三维有限元模型,并将标准步态中肌肉收缩力及头臼作用力也设计到该模型中.结果:所构建髋臼模型共划分为113 028个结点、137 524个单元,模型模拟了骨盆皮质骨、松质骨、关节软骨以及股骨头结构的材料特性. 所建模型结构完整,空间结构测量准确度高,单元划分精细,重点突出,尤其肌肉及头臼作用力加载模拟形象、逼真,客观反映髋臼真实解剖形态结构和生物力学特点.结论:构建的髋臼三维有限元模型为正常髋臼或异常髋臼力学研究提供可循模型.     

立体三维膝关节模型的创建

目的本研究利用人体膝关节的CT/MRI二维断层扫描图片数据创建三维模型,并将重建的三维模型以IGES文件输出,可做人体结构的有限元分析等。方法使用逆向工程理论,Mimics逆向工程软件。结果研究人员可以根据特定人膝关节的CT/MRI影像的二维成像数据,通过Mimics逆向工程软件设计并创建三维膝关节模型。结论为膝关节模型数据库的建立提供了方法,给膝关节疾病的治疗,膝关节置换手术,膝关节假体设计提供临床上的精确数据,对假体、植入体的设计意义重大。     

髋臼骨结核三维有限元模型建立及力学分析

目的：建立人体髋臼骨结核三维有限元模型,探讨其生物力学变化。方法：通过正常髋关节CT数据,利用Mimics软件和ANSYS有限元软件,建立正常髋关节及髋臼结核三维有限元模型,进行加载分析髋关节各主要部分峰值Von Mises应力变化。结果：通过加载分析结果显示,髋臼顶部、髋臼中心部、髋臼前部、髋臼后部骨结核与正常髋关节相比,髋臼软骨下骨峰值Von Mises应力依次增加84%、3%、21%、67%;髋臼软骨峰值Von Mises应力,依次增加31%、17%、20%、28%;股骨头软骨峰值Von Mises应力,依次增加30%、17%、6%、23%;股骨头软骨下峰值Von Mises应力,依次增加15%、7%、1%、11%。结论：髋臼骨结核可导致髋关节各部分生物应力分布改变。     

膝关节三维有限元模型的重建

通过MSC．MARC建立膝关节的三维有限元模型，为膝关节的创伤、骨折的力学分析及人工关节的开发提供方法学的支持。以螺旋CT得到整个膝关节的CT影像图，扫描层间距为1．0mm。以DICOM文件的数据点信息为数据源，通过相关软件读取DICOM数据文件，获得膝关节的二维CT影像，通过平面图形软件编辑和处理得到膝关节的边界，将边界曲线输入MSC．MARC中建立了膝关节三维有限元模型。通过MSC．MARC建立的三维有限元模型能够真实反应膝关节的解剖结构。     

胸腰段骨质疏松三维有限元模型的建立及临床应用

目的:探讨利用螺旋CT建立骨质疏松腰椎三维有限元模型的高度数字化方法,为腰椎骨质疏松的生物力学试验提供标准模型。方法:一个有代表性的健康成年男性志愿者,范围从T11～L2,先行X线检查以排除可见的脊椎病变及损害。经螺旋CT沿横断面0.699mm层厚扫描,以jpg格式输出其断面图像并转入微机保存。利用三维重建软件Mimics建立T11～L2段正常脊柱骨性结构的三维模型,再经过自由造型系统进行表面光滑化处理及对0.699mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Patran的前处理功能,在脊柱模型骨性结构的基础上,补充建立终板、椎间盘、髓核、前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等结构。采用合适的材料性质和实体单元类型对模型进行智能有限元网格划分。结果:①正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分结果:利用三维重建软件Mimics和有限元软件Patran成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。完整的脊柱胸腰段三维有限元模型包括共276580个四面体单元,8532个六面体单元,673个杆单元,总计共95219个结点。建立的模型负荷正常椎体的几何特性;②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立:利用有限元软件Patran的前处理功能,对不同组织的物理特性进行定义,皮质骨、终板、后部结构模量减少33%,松质骨减少66%,同时考虑髓核脱水,弹性模量增加1倍,符合真实的生物力学要求,真实模拟了骨质疏松椎体的材料特性,成功建立骨质疏松腰椎三维有限元模型。结论:建立的骨质疏松腰椎三维有限元模型接近真实的生物力学标本,是理想的研究骨质疏松腰椎生物力学的数字化模型,可应用于骨质疏松腰椎后凸成形术的评估。