下颌角稳定型骨折坚强内固定后对髁突影响的有限元分析

目的:分析下颌角稳定型骨折坚强内固定以后对髁突应力分布的影响,探讨下颌角骨折引起颞下颌关节紊乱病的生物力学机制。方法:采用螺旋CT技术、计算机图形图像处理功能、有限元处理分析软件Ansys建立下颌骨正常有限元模型及下颌角骨折有限元模型并模拟坚强内固定,定量对比分析髁突应力分布状况。结果:患侧髁突表面应力分布发生了明显改变,尤以髁突前斜面和嵴顶部最为显著;健侧髁突表面应力分布未发生明显改变。结论:下颌角稳定型骨折在外斜线行坚强内固定后髁突表面应力分布发生了异常改变,破坏了颞下颌关节的生物力学环境,可能是下颌骨损伤后颞下颌关节紊乱病的致病原因之一。     

人下颌骨枪弹伤有限元仿真及致伤生物力学变化研究

目的:建立人下颌骨三维有限元模型,动态仿真不同入射角度子弹侵彻下颌骨三维模型过程,探讨下颌骨枪弹伤的生物力学变化.方法:将中国数字化可视人体下颌骨数据通过Mimics软件进行三维实体重建,建立人下颌骨三维有限元模型,在LS-DYNA软件中模拟7.62 mm弹丸以不同入射角度致伤下颌骨过程,分析致伤过程中下颌骨生物力学参数变化.结果:(1)建立人下颌骨枪弹伤三维有限元模型,成功模拟不同入射角度7.62 mm弹丸下颌骨的致伤过程;(2)子弹以90°、67.5°入射下颌角时,下颌骨的最大应力位于非撞击侧的下颌角内侧面;而子弹以45°入射下颌角时,下颌骨的最大应力位于撞击侧的下颌角外侧面;(3)下颌骨损伤过程中应力主要集中在下颌角、下颌升支、颏部、髁突颈部,并依次减小.结论:有限元仿真可动态模拟人下颌骨弹丸致伤过程,人下颌骨枪弹伤的生物力学特点是压力波造成各部分应力改变会在下颌角、下颌升支、颏部、髁突颈部等薄弱区域集中,出现传导改变和传导中断,形成较强大的应力梯度.     

3种加载方式下正常人下颌骨三维有限元应力分布分析

目的：分析不同加载状态下正常人下颌骨应力分布的情况和特点。方法：采用螺旋CT扫描、CAD／CAM软件，进行下颌骨有限元建模，并在不同咬合状态下利用ANSYS软件对此模型进行三维有限元应力分析。结果：建立了正常人下颌骨三维有限元模型，在模拟正中、前伸、侧方咬合时，正常人下颌骨不同部位应力分布不均匀，性质不同，然而左右应力分布基本对称，髁突颈部、冠突后侧、下颌角等部位应力值较高。结论：下颌骨的材料性能与应力的大小密切相关。3种不同加载方式的应力分布基本一致，但对颞下颌关节的影响具有差异性。应力集中区位于髁突颈部、冠突后侧、下颌角等部位。     

个体化下颌修复体三维有限元模型的建立及优化设计研究

目的对采用现行设计方案下设计出的个体化下颌修复体修复后的下颌骨双侧髁突进行生物力学分析,根据应力分布情况,提出初步的个体化下颌修复体的结构优化设计方案,为以后下颌骨缺损的个体化功能性修复奠定一定的基础。方法建立正常下颌骨的三维有限元模型,利用CAD软件模拟下颌骨的部分缺损,并设计两种不同厚度的个体化修复体加以修复,然后进行三维有限元建模和应力分析。结果成功建立了两种工况下的下颌骨三维有限元模型。力学分析结果显示:应力在两种工况下都能通过修复体有效的传导,但常规工况条件下,双侧髁突应力分布在前斜面呈现明显不对称性。而在对照工况条件下,两侧髁突应力大小与分布较一致对称。结论建立的修复体修复的下颌骨三维有限元模型及力学分析结果可以为以后修复体的结构优化设计提供借鉴和参考。     

计算机辅助下颌骨个体化功能性修复的三维有限元分析

目的:探讨下颌骨缺损个体化功能性修复三维有限元模型的初步建立和生物力学分析,为下颌骨缺损的个体化功能性修复提供生物力学指导。方法: 在CT扫描获取下颌骨断层解剖信息的基础上进行三维重建,重建模型实体化后模拟颌骨缺损,设计个体化带种植体三维钛网修复体加以修复,然后进行三维有限元建模和应力分析。结果:所建下颌骨缺损个体化功能性修复的三维有限元模型几何相似性好,力学分析证实这种个体化功能性三维网状修复体早期能对骨缺损断端起到良好的固定作用,后期骨应力遮挡影响不大。结论:采用CT扫描获取下颌骨原始解剖信息的基础上,利用计算机可以建立下颌骨个体化功能性修复的三维有限元模型,利用此模型进行生物力学分析可以指导下颌骨缺损的个体化功能性修复。     

上颌骨功能性修复中骨性支柱重建的生物力学分析

目的：建立以腓骨重建上颌骨的三维有限元模型,进行生物力学分析,研究骨性支柱重建在上颌骨功能性修复中的作用。方法：应用MedGraphics、Unigraphics和Ansys8．0软件建立4种腓骨重建上颌骨的三维有限元模型,于双侧后牙区垂直加载,研究上颌骨的应力分布。结果：建立了上颌骨Brown 3类缺损的3段式腓骨、2段式腓骨＋重建钛板、2段式腓骨＋钛网和2段式腓骨＋颧种植体重建的三维有限元模型。3段式腓骨重建的应力分布图和应力矢量图与正常上颌骨最为接近．应力分布比较均匀。另3种应力主要位于重建侧上颌骨,并集中于重建结构转折和颧种植体植入颧骨处。结论：有效的上颌骨骨性支柱重建,能使重建后的上颌骨处于比较合理的应力分布状态,更接近于正常的上颌骨．     

下颌第一磨牙牙合向受力时整体下颌骨应力有限元分析

目的:采用有限元方法分析正常下颌第一磨牙咬合面受力时,下颌骨局部及整体应力变化,为种植牙对的影响提供理论依据。方法:CT扫描1例正常成年人下颌骨,Mimics14.11软件建立下颌骨模型,下颌第一磨牙面给予100 N的垂直力,有限元分析软件ABAQUS6.9-3分析整个下颌骨应力的变化。结果:下颌第一磨牙垂直受力时,下颌第一磨牙周围骨质应力应变最大处为底部偏向颊侧;整个下颌骨受力分析中,应力应变主要集中在受力的下颌第一磨牙处,其次在对侧下颌角位置,应力应变沿着下颌骨外斜线传导至髁突,显示了髁突部分应力应变的变化。结论:采用有限元方法,分析下颌第一磨牙正常咬合力时下颌骨应力应变变化,为下颌第一磨牙种植修复提供生物力学依据,以便获得最佳临床修复效果。     

不同下颌角成形术后下颌骨受力的三维有限元分析

目的:运用三维有限元方法分析不同下颌角成形术前后下颌骨的应力应变变化.方法:通过螺旋CT扫描及相关软件进行正常下颌骨、下颌角截除术及下颌角区骨外板截除术3 种下颌骨有限元建模,并利用abaqous软件对3 组模型进行应力应变分析.结果:下颌角截除术后:下颌角区的应力明显增加,而应变减少;髁突颈部的应力增加,应变则无明显变化.在下颌角区骨外板截除术后:下颌骨在下颌角及髁突颈部的应力应变均明显增加,且增幅也明显高于下颌角截除术.结论:下颌角成形术可以对下颌骨的应力应变分布产生影响, 其中下颌角区骨外板截除术会更明显的影响髁突颈部及下颌角区域的应力应变分布.     

前方牵引反作用力对颞下颌关节区受力状况影响的有限元研究

目的：建立并使用颅颌面三维有限元模型,研究前方牵引反作用力对颞下颌关节区以及整个下颌骨的应力分布和位移变化状况的影响。方法：选择1例健康成年男性志愿者,采用薄层螺旋CT扫描获取其颅颌面复合体二维图像原始DICOM数据,利用Mimics、Magics、MSC．Marc等图像处理软件建立颅颌面复合体三维有限元模型。利用AN-SYSIO．0软件,在下颌骨颏顶点处施加与耠平面成37。角,大小为5N的力并分析其受力状况。结果：①获得了精确细致的颅颌面复合体三维几何模型,其网格划分准确合理,与重建生物模型的形态相似性好,力学特性体现准确性高。②下颌骨的应力集中区域位于髁突顶部及颈部,髁突表面最大受力区域位于髁突前斜面。上颌骨表面应力集中区域位于关节窝,其中关节窝表面受力最大区域位于关节结节后斜面。③下颌骨的位移图显示位移大小从颏部至髁突逐级递减,其方向与施力方向一致。下颌骨位移变化最大处位于节点力加载部位,髁突部位位移变化量最小。结论：成功建立了包括颞下颌关节在内的颅颌面三维有限元模型,该模型具有很高的精确性,可用于前方牵引反作用力的相关研究。前方牵引反作用力会对颞下颌关节区以及下颌骨的应力分布和位移状况产生影响,但其是否会造成颞下颌关节紊乱还有待进一步研究。     

腓骨瓣及CAD/CAM技术在重建下颌骨缺损中的应用

目的　探讨应用腓骨瓣及CAD/CAM技术修复大面积下颌骨缺损的经验。方法　根据16例患者下颌骨缺损的部位和特征,通过螺旋CT扫描获取缺损区的数据,在软件中应用CAD/CAM技术模拟下颌骨切除及重建手术,利用快速成型机加工制作出实物模型,依据模型对腓骨进行塑形、钛板重建,恢复下颌骨的形态和功能。结果　CAD/CAM技术的应用使术中截骨、腓骨塑形、定位速度明显加快;术后患者面部外形基本对称,影像学检查显示下颌骨缺损区的重建形态及固位良好;无严重并发症。结论　腓骨瓣联合CAD/CAM技术重建下颌骨缺损,能够明显缩短手术时间,提高手术质量,保证手术效果,是值得推广的重建下颌骨缺损的理想方法。     

含完整牙列下颌骨生物力学模型的建立

目的:通过CT结合逆向工程软件建立含完整牙列的下颌骨三维有限元模型,为进一步生物力学研究奠定基础.方法:选择健康成年志愿者1名,X线检查无颌骨疾患,取得其下颌骨CT资料,利用Mimic及Geomagic软件建立成年人含牙列下颌骨三维有限元模型.结果:建立的含完整牙列下颌骨三维有限元模型精确反映了下颌骨外形及内部解剖特点,实现了对下颌骨不同结构的精确区分,共得到80047个单元,模型加载验证该模型的有效性.结论:该模型的建立,可有效实现对下颌骨的生物力学研究,更加接近临床实际要求.     

含矫治器的下牙列及下颌骨三维有限元模型的建立

目的寻求一种较快建立包含矫治器的下牙列及下颌骨三维有限元模型的方法,为牙齿移动生物力学的研究提供数学模型。方法利用薄层CT技术对已使用直丝弓矫治器排齐的下牙列进行扫描,通过数字影像的转换,结合Ansys三维有限元专用软件对CT断层影像进行分析处理和加工。结果建立了较理想的三维有限元模型,包含下颌骨、下牙列、牙周膜、牙槽骨(皮质骨、松质骨)、托槽、弓丝,建成后的有限元模型还可以根据不同的研究目的和要求添加和删除组织或矫治器,以及改变其特性。结论该有限元模型能较真实地模拟实际情况,具有较好的力学和几何学相似性,可被用来进行牙齿移动的生物力学的研究。     

Three-dimensional finite element analysis of implant-supported crown in fibula bone model

PURPOSE

The purpose of this study was to compare stress distributions of implant-supported crown placed in fibula bone model with those in intact mandible model using three-dimensional finite element analysis.

MATERIALS AND METHODS

Two three-dimensional finite element models were created to analyze biomechanical behaviors of implant-supported crowns placed in intact mandible and fibula model. The finite element models were generated from patient''s computed tomography data. The model for grafted fibula was composed of fibula block, dental implant system, and implant-supported crown. In the mandible model, same components with identical geometries with the fibula model were used except that the mandible replaced the fibula. Vertical and oblique loadings were applied on the crowns. The highest von Mises stresses were investigated and stress distributions of the two models were analyzed.

RESULTS

Overall stress distributions in the two models were similar. The highest von Mises stress values were higher in the mandible model than in the fibula model. In the individual prosthodontic components there was no prominent difference between models. The stress concentrations occurred in cortical bones in both models and the effect of bicortical anchorage could be found in the fibula model.

CONCLUSION

Using finite element analysis it was shown that the implant-supported crown placed in free fibula graft might function successfully in terms of biomechanical behavior.     

牙在牵引成骨区内移动的三维有限元分析

目的建立牙在下颌牵引成骨区内移动的三维有限元模型,比较在不同时间点上移动牙时牵引成骨区内应力的分布情况。方法利用多层螺旋CT扫描获得下颌骨及牙列的原始数据,采用CAD软件,建立三维有限元模型。在不同的骨愈合时期,模拟移动牙齿,利用Abqus软件对此模型进行三维有限元应力分析。结果建立了能模拟牙齿在下颌牵引成骨区内移动的三维有限元模型。在各个骨愈合的时期,成骨区对牙移动产生的应力反应没有显著差异,但在早期,牙齿将发生较大的倾斜。结论在牵引成骨完成后,早期移动牙齿时宜使用轻力。     

推杆式矫治器前导下颌三维有限元模型的初步构建与分析

目的 构建推杆式矫治器(Forsus)前导下颌的三维有限元模型,分析下颌短期前导后的应力和位移,以期为临床应用和改良推杆式矫治器提供参考.方法 选择1例处于生长发育高峰期的Ⅱ类错(牙合)下颌后缩患者,用MBT直丝弓矫治器排齐整平上下牙列达安装推杆式矫治器要求后,经螺旋CT扫描,用Mimics 9.0、Abaqus 6.5软件构建推杆式矫治器前导下颌的三维有限元模型(设计时考虑颌骨的黏弹性和黏塑件),分析前导1、15、300 S后下颌的应力和位移.结果 获得包含MBT直丝弓矫治器的推杆式矫治器前导下颌的三维有限元模型,前导下颌15和300 s后应力集中区均位于髁突前缘、下颌切迹及下颌磨牙区,最大应力值分别为34.47 MPa和34.45 MPa;前导下颌1、15、300 S后最大位移区均出现于下切牙和颏部,最大位移量随加载时间延长而增加,由3.30×10-2mm增至1.15 mm;最大位移区沿下颌骨体向后扩大,髁突位移量由加载1 s时的1.65×10-2 mm减少至加载300 s时的3.27×10-5mm.结论 本项研究在考虑颌骨黏弹性和黏塑性的情况下初步构建推杆式矫治器前导下颌的三维有限元模型.研究结果提示,推杆式矫治器加载一定时间后下颌的应力分布趋于稳定,推杆式矫治器具有促进下颌体整体向前向下改建的作用.     

Bilinear elastic property of the periodontal ligament for simulation using a finite element mandible model

This study aimed to introduce a procedure for determining the bilinear elastic moduli (E1 and E2) of the periodontal ligament for a mathematical tooth model to analyse stress in the mandible. The bone and tooth morphology were scanned from a dry skull and an extracted intact tooth, respectively, and reconstructed in a three-dimensional finite element model. The model showed good agreement with previously reported in vivo premolar movement when an E1 for the first phase tooth movement of 0.05 MPa and an E2 for the second phase of 8.0 MPa with ε(12) of 0.075 were adopted. The mandible model analysis indicated that a remarkably high maximum compressive stress in the cervical cortical bone and the tensile stress in areas of masticatory muscle attachment were found. Future stress analyses using a jaw model may follow the process of determination of bilinear moduli to enhance accurate simulation with less calculation time.     

A comparison of three finite element models of an edentulous mandible provided with implants

The stress distribution in an edentulous mandible provided with two implants in the interforaminal region was calculated by means of three different finite element models. The implants were connected with a bar or remained solitary. The first model was a three-dimensional representation of the entire mandible, the second model of the interforaminal region of this same mandible, whilst the third model was a two-dimensional representation of the interforaminal region. The differences in stress distribution around the connected implants and the solitary implants between these three models were analysed.
It can be concluded that for a parameter study the stress distribution around the dental implants following from a three-dimensional finite element model of only the interforaminal region of an edentulous mandible can be used. For such studies therefore, benefit can be gained from the advantages of reduced modelling and calculation time.     

不同骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响

目的:通过建立含牙种植体的无牙下颌骨三维有限元模型,分析不同的骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响。为临床设计种植义齿治疗方案提供理论依据。方法:使用螺旋CT扫描、CAD技术、有限元软件等,建立含牙种植体的下颌骨三维有限元模型;分析不同的骨结合率对种植体骨界面应力分布的影响。结果:不同骨结合率都会出现种植体颈部皮质骨的应力集中;当骨结合率大于或等于60%时,颈部皮质骨处应力值明显下降。结论:随着骨结合率的增加,颈部皮质骨的应力值有下降的趋势;提示临床医生在进行种植义齿修复时,需考虑提高种植体骨结合率,避免影响骨结合的不利因素,从而提高种植的成功率。