颈椎有限元模型的应用进展

有限元分析法（FEA）是一种在生物力学领域广泛应用的研究方法.近年来,颈椎有限元模型已被广泛应用于研究颈椎损伤、颈椎退变及模拟各种颈椎手术,已日趋完善.回顾了颈椎有限元模型的发展,介绍了颈椎有限元建模与分析在颈椎损伤、人工椎间盘置换、椎间植骨融合、颈椎退变及颈椎失稳等方面的应用进展,展望了未来的发展趋势.     

3D打印技术在骨科矫形器中的应用

随着计算机科学和技术的快速发展,数字医学概念应运而生,数字化技术在骨科的研究和应用日趋普及。 有限元分析是一种强大且高效的模拟真实实验的数值方法,常用于研究医学中涉及的生物力学、生物材料性能以及手术模拟等问题,尤其是近几年在足踝领域的应用也越来越多。 目前,基于足踝有限元模型的生物力学分析已被广泛应用于糖尿病足、足底筋膜疾病、足踝骨折及骨性关节炎等的机制分析、假体设计、手术模拟、鞋和鞋垫设计等方向,极大提高了临床医生对足踝生物力学的认知,为足踝相关疾病的研究与诊断提供新思路。 然而,利用有限元法分析拇外翻畸形的研究相对有限。 本文概述拇外翻及继发的扁平足、跖骨痛等病变的生物力学分析和建模方法,以及该方法在临床实际应用的现状,总结其优缺点并进行展望。     

基于有限元法的数字化建模在拇外翻研究中的应用

随着计算机科学和技术的快速发展,数字医学概念应运而生,数字化技术在骨科的研究和应用日趋普及。有限元分析是一种强大且高效的模拟真实实验的数值方法,常用于研究医学中涉及的生物力学、生物材料性能以及手术模拟等问题,尤其是近几年在足踝领域的应用也越来越多。目前,基于足踝有限元模型的生物力学分析已被广泛应用于糖尿病足、足底筋膜疾病、足踝骨折及骨性关节炎等的机制分析、假体设计、手术模拟、鞋和鞋垫设计等方向,极大提高了临床医生对足踝生物力学的认知,为足踝相关疾病的研究与诊断提供新思路。然而,利用有限元法分析拇外翻畸形的研究相对有限。本文概述拇外翻及继发的扁平足、跖骨痛等病变的生物力学分析和建模方法,以及该方法在临床实际应用的现状,总结其优缺点并进行展望。     

三维有限元分析对骨关节和相关软组织损伤时应力状态的精准模拟

背景:有限元分析作为一种新兴的数字化研究方法,在骨科应用愈加普遍,与骨科联系愈加密切.通过建立有限元三维模型应用于骨科生物力学分析及医疗器械研究设计等具有不可替代的作用.目的:综述有限元分析在骨科领域的发展前景,为推动有限元分析方法与骨科临床实践更好地结合提供依据.方法:通过计算机检索万方医学网、中国知网(CNKI)、...     

基于三维有限元静态分析的人体足部生物力学研究

目的:建立一个基于健康人体的、系统的、具有高度几何相似性的足部三维有限元模型,并用此模型静态地分析人体双足站立相时的足部内部的生物力学特性,量化足部内部的应力/应变状况、足部内侧纵弓变化等。方法:基于志愿者右足的3维CT层切数据,对足踝系统相关组织进行几何重建及其网格划分,建立完整的有限元模型并对人体站立状态进行了静态模拟。结果:站立姿态下的足底表面接触压力分布、内部软组织应力分布以及内侧足弓的变形等人体足部生物力学特性被量化。结论:本研究中创建的三维有限元足部模型,经验证是一个正确、可靠的模型,可以帮助临床医生和其他研究人员更好的理解足部内部的许多生物力学特性。     

有限元分析在腰椎生物力学应用中的研究与进展

背景：有限元法运用数学形式概括脊柱的结构形状、材料性能、载荷边界条件等,通过改变其中任一参数以观察其对整个结构的影响。 目的：回顾性分析腰椎有限元模型的建立方法、有限元软件在腰椎生物力学中的应用以及有限元分析在腰椎植骨融合后临近节段活动度的改变及应力改变中的应用。 方法：由第一作者检索1990/2010年PubMed数据库及CNKI数据库有关有限元法在腰椎建模及腰椎不同植骨融合式对腰椎融合节段、临近节段应力改变影响等方面的文献。 结果与结论：有限元分析被越来越广泛的应用于医学,并成为其重要组成部分。在脊柱方面,有限元分析可以全面了解不同植骨融合术式及各种内固定对其生物力学改变的影响,从而可以改进植骨融合术式及优化内固定器械。但有限元毕竟属于理论性的分析,未来的研究应将其与动物实验及长期临床随访相结合,从而可以很好地预测手术远期疗效,并对并发症的预防具有重要临床意义。     

三维有限元分析在脊柱生物力学中应用研究

三维有限元分析方法作为脊柱生物力学研究方法之一,随着人们对脊柱力学特性的认识,有限元分析软件在国内外不断开发与应用,不但促进了有限元技术的发展,而且推动着脊柱生物力学研究更深入发展。作者从有限元法概念及原理、脊柱有限元模型构建、颈椎和腰椎三维有限元应用、内固定器械三维有限元分析等方面综述了近年来的一些研究进展。     

有限元法在脊柱生物力学应用中的新进展

本文归纳整理了近3年来使用有限元分析方法研究脊柱生物力学的主要工作,总结了有限元建模方法在建立微观结构以更细致化、常见椎骨参数权重的个性化研究、采用新标定校准和赋值方法使模型更准确化、自动化分网赋值方法4个方面的发展,及其在植入器械设计评估、椎间盘生物力学、异常脊柱结构生物力学、动态仿真4个脊柱生物力学应用方向的主要研究进展。并结合最新的研究趋势,对有限元法在创伤机理研究、手术模拟、新药评估等方面的应用前景进行展望。     

封面

本文归纳整理了近3年来使用有限元分析方法研究脊柱生物力学的主要工作，总结了有限元建模方法在建立微观结构以更细致化、常见椎骨参数权重的个性化研究、采用新标定校准和赋值方法使模型更准确化、自动化分网赋值方法4个方面的发展,及其在植入器械设计评估、椎间盘生物力学、异常脊柱结构生物力学、动态仿真4个脊柱生物力学应用方向的主要研究进展。并结合最新的研究趋势，对有限元法在创伤机理研究、手术模拟、新药评估等方面的应用前景进行展望。     

骨科生物力学研究的发展与现状

临床应用减轻了退化性关节炎患者的痛苦。本期《医用生物力学》杂志选刊了11篇相关研究论文,内容涵盖了组织工程研究、运动医学研究、脊柱生物力学及人工关节生物力学研究等,从临床应用到基础研究都有,研究采用了材料试验机测试或计算机仿真有限元分析等基本方法。使读者了解生物力如何运用于骨科方面的研究,期望更多读者在临床中发现适合于骨科生物力学的研究题材。     

鼓膜穿孔与鼓膜修补材料的有限元分析及临床研究进展

鼓膜穿孔是耳鼻咽喉科常见的疾病之一，造成鼓膜穿孔的原因主要有中耳炎及外伤等。 随着有限元分析方 法的快速发展，该方法被应用于鼓膜穿孔及修补材料的临床研究中。 通过建立中耳有限元模型，从生物力学角度 分析鼓膜穿孔及常用鼓膜修补材料的特点，并与临床应用结果相结合。 对近年来鼓膜穿孔及其修补材料的有限元 分析及临床研究进展进行总结。     

有限元方法在脊柱生物力学中的应用研究

有限元分析可对形态、结构、材料和载荷情况及复杂的构件进行应力、应变分析,具有力学性能测试全面、可重复性等优点,目前广泛应用于脊柱复杂结构的生物力学研究中。文章简单介绍了有限元的概念、原理和建模方法,主要从腰椎、颈椎、内固定器械和术式选择上阐述了有限元在脊柱上应用。     

有限元分析Ilizarov技术对肘膝关节屈伸挛缩畸形矫正器作用的机制

背景：目前国内外鲜见采用有限元法分析Ilizarov技术在骨科疾病肢体延长及对关节挛缩外固定器的作用机制。 目的：利用三维有限元分析Ilizarov技术对肘膝关节屈伸挛缩畸形矫正器的作用机制。 方法：利用Ilizarov生物学理论设计出的符合人体生物力学特性和可以广泛应用于临床的关节挛缩矫正器。通过三维有限元分析应用Ilizarov技术在肘膝关节屈伸挛缩畸形矫正器设计中的力学有效性和科学性。 结果与结论：建立了几何外型逼真、生物力学特性全面的肘膝关节三维有限元模型。通过三维有限元模型及力学分析计算出各组织包括骨与软组织的弹性模量和泊松比等力学指标,可通过施加关节挛缩矫正器的载荷分析其关节内、外的应力-应变分布及变化情况。Ilizarov技术可对肘膝关节挛缩畸形矫正器的设计与优化改良提供理论依据,利用有限元力学分析揭示了肘膝关节屈伸挛缩畸形病变组织结构的生物力学变化中的机制。     

有限元分析法在脊髓损伤生物力学中的研究进展

脊髓损伤时的变化非常复杂,动物模型很难精确模拟损伤环境以及测量局部组织的生物力学属性,而有限元模型则可以通过分析脊髓组织的应力和应变分布,从生物力学角度为脊髓损伤的病理研究和治疗提供一个更为高效的方法。目前,有限元模型已被广泛应用,并与动物实验模型相辅相成。本文回顾了有限元法在脊髓损伤中的研究进展,对有限元法在脊髓本体建模、脊髓损伤的生物力学行为及其临床应用等方面的研究现况进行归纳及总结,以期为临床脊髓损伤问题提供更为全面的理论参考。     

女性盆底肛提肌的有限元分析

背景:有限元分析法在骨科生物力学研究领域中已得到广泛的应用,作为与传统实验生物力学互相验证和互为补充的方法,它发挥着其他方法不可替代的作用。目前有限元分析法对人体软组织(如肛提肌)的研究在国内外尚处于初级阶段,但其发展极其迅速。目的:针对女性盆底肛提肌的有限元分析研究进展作一综述。方法:由第一作者检索1990/2008 PubMed数据及中国期刊引文数据库中有关盆底功能障碍性疾病与盆底肛提肌有限元及生物力学分析与盆底重建等方面的文献。结果与结论:通过对女性盆底肛提肌有限元模型的建立及其分析不仅有助于了解盆底功能障碍性疾病的发生机制,而且还能帮助改进医疗器械设计及实施最佳外科手术计划。虽然现在对盆底软组织肌肉的有限元模型建立及分析尚处于初级阶段,但随着计算机硬件的飞速发展及各类有限元应用软件的持续改进,有限元法的应用将越加广泛。     

肌骨系统生物力学建模2021年研究进展

肌骨系统生物力学模型具有精确的人体解剖结构和良好的生物逼真度,能够较为精准有效地描述肌骨生物力学状态、预测肌骨内部力学响应,故被广泛应用于人体肌骨系统生物力学研究、骨科疾病诊断和治疗、植入体优化设计及术前规划.2021年国内外关于肌骨系统生物力学建模方法的最新进展主要体现在个体化有限元建模、统计模型建模和肌骨系统建模3...     

腹主动脉瘤生物力学研究的新进展

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)是腹主动脉局部呈肿瘤状扩张的血管疾病。如果不及时治疗,持续扩张的AAA将最终破裂,具有极高的死亡率。近年来,生物力学方法被广泛地应用于AAA临床破裂风险的评估预测中。相关研究成果也极大地增进了对于AAA病理机制的理解。首先讨论基于腔内血栓和AAA的生物力学测试方法,全面了解血栓及动脉瘤组织的多种力学特性以及力学特性变化对AAA在病理环境下生长及结构重建的影响;回顾一系列运用实验和计算生物力学手段预测AAA破裂风险的代表性研究成果,具体包括有限元分析AAA的管壁应力分布、评估破裂风险指数和判断破裂发生的具体位置等方面;重点阐述AAA中血栓的老化所导致的微观结构变化,并总结AAA生物力学研究的现状和未来挑战。     

三维有限元方法构建足部健康骨骼与常见疾病模型及生物力学分析

文题释义： 有限元分析：利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟,还利用简单而又相互作用的元素,即单元,用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的近似解,然后推导求解这个域总的满足条件,从而得到问题的解。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。 DICOM：即医学数字成像和通信,是医学图像和相关信息的国际标准(ISO 12052)。它定义了能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。DICOM被广泛应用于放射医疗、心血管成像以及放射诊疗诊断设备(X射线、CT、核磁共振、超声等),并且在其他医学领域得到越来越深入广泛的应用。在数以万计的医学成像设备中,DICOM是部署最为广泛的医疗信息标准之一。当前大约有百亿级符合DICOM标准的医学图像用于临床使用。 背景：在创伤骨科方面,三维有限元分析不仅仅作为骨折内固定治疗过程中生物力学评估和内固定器材设计、优化的常规手段,近年来也为创伤骨科基础与临床研究开拓新的方向。 目的：对足部正常骨骼、扁平足、马蹄足、足部骨折病例进行三维建模及生物力学分析。 方法：选取健康受试者以及扁平足、马蹄足、足部骨折患者进行足部CT检查,根据检查数据利用计算机三维成像技术进行三维有限元建模及生物力学分析,根据分析结果得到足部健康骨骼、扁平足、马蹄足及足部骨折应力分布图以及应力值等数据,并对数据结果进行分析。该研究获得福建医科大学附属闽东医院伦理批准。 结果与结论：建立足部正常骨骼、扁平足、马蹄足、足部骨折模型并进行生物力学分析,扁平足患者跖骨、跗骨应力值较正常明显增加,马蹄内翻足的应力主要集中于踝关节周围,尤其是在距骨关节面。单纯跖骨骨折对于足跗骨区域应力变化影响较小,Lisfranc损伤患者的足跗骨区应力较正常足部增加较明显。该研究以足部三维有限元建模和生物力学分析将计算机技术与临床实际相结合,为人体足部生物力学研究提供参考,通过应力分析将多种足部情况的力学信息数值化,为足部的临床治疗提供了重要的力学依据。 ORCID: 0000-0002-7688-6990(何晓宇) 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     

有限元分析法在腰椎生物力学研究中的应用

背景：有限元分析法是目前是脊柱生物力学常用研究方法之一,随着成像、图像处理的进步及有限元分析软件的不断开发与应用,脊柱生物力学研究得到了更深入的发展。 目的：综述有限元的概念、原理与其他生物力学研究方法的差别。 方法：应用计算机检索中国知网数据库、维普数据库和PubMed数据库中1979/2011-01关于腰椎生物力学有限元分析的文章,在标题和摘要中以“腰椎;有限元;生物力学”或“lumbar, finite element, biomechanics”为检索词进行检索。选择文章内容与腰椎有限元分析相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。共收集591篇文献,根据纳入标准选择20篇文献进行综述。 结果与结论：近几年有限元分析法在腰椎生理和病理情况生物力学分析中的应用;不同手术方式、内固定器械及人工植入物对腰椎生物力学的影响均有不同。      

正常下尺桡关节三维有限元模型的建立及验证

背景：国内外学者已应用有限元分析在前臂的桡骨骨折及其固定、尺骨骨折及其固定等方面进行了生物力学评价,但还未见应用该方法对下尺桡关节进行生物力学评价相关的文献报道。 目的：建立并验证下尺桡关节三维有限元模型,用于临床的生物力学研究。 方法：将1名健康男性志愿者右肱骨远端到腕关节中段的CT和MRI图像,导入Mimics10.01和ANSYS10.0中,建立下尺桡关节三维有限元模型,模拟体外生物力学试验,在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下观测下尺桡关节各结构的应力分布,所得结果与文献报道的生物力学实测数据比较验证。 结果与结论：所构建的下尺桡关节有限元模型共有333 805个单元,508 384个节点,客观反映下尺桡关节真实解剖形态。所建模型在横向拉伸、轴向压缩、旋前和旋后扭转4种工况下,理论分析结果与生物力学实测数据一致。证实所建的下尺桡关节有限元模型真实性较高,可用于生物力学分析实验。