有限元方法在颈椎生物力学中的应用

目的：研究重建颈椎三维有限元模型。方法：通过CT扫描、Unigraphics V18．0软件进行影像边界记录、定标等方法，按照点、线、面、体的顺序重建三维结构，采用CAD数据处理技术，输入相关的材料特性，验证重建模型的有效性。结果：建立颈椎的三维有限元模型（C3／4），分析结果证明其在仿真分析中是可行的。结论：建立的颈椎三维有限元模型可以模拟生物力学实验。     

现实与虚拟互动的第3～7颈椎应力分析比较

目的:应用三维有限元方法建立第3~7颈椎有限元模型;分析直立时3~7颈椎不同部位的应力分布;进行定量生物力学与三维有限元模型比较;以期应用于临床实验研究。方法:采用UnigraphicsV18.0软件建立3~7颈椎的实体模型并划分单元,在1.8Nm作用力下,观察节段运动与力-位移反应。结果:分析结果证明其在仿真分析中是可行的。通过进行定量生物力学与三维有限元比较的统计学分析,未见显著性差异。结论:该方法适用于重建人体骨骼结构的有限元模型,所得结果较为合理,几何外形和材料特性均较满意,所得结果与实验检验结果基本吻合,所建立的3~7颈椎三维有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验。希望在应用于临床与实验的过程中进一步修改和完善。     

正常人体颈椎间盘的三维有限元分析

目的：研究下颈椎间盘三维有限元模型的建立及其应力分布情况.方法：通过CT扫描、Unigraphics V18.0 软件进行影像边界记录、定标等方法,按照点、线、面、体的顺序重建三维结构,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,构建下颈椎间盘三维有限元模型.结果：正常椎间盘纤维环在人体直立位、前屈位和后伸位时应力明显集中于后侧与后外侧,平均应力以后伸位最高.当椎间盘变性后,纤维环的平均应力水平比正常时显著降低.结论：建立颈椎间盘三维有限元模型并进行应力分析是可行的,且结果可信.     

上颈椎运动节段数字模型建立及三维可视化研究

目的:寻求连续CT断层图像重建上颈椎运动节段数字模型及三维可视化的方法。方法:基于上颈椎连续薄层CT图像,运用Mimics10.01软件重建上颈椎运动节段骨性和各种软组织结构,并导入有限元分析Ansys10中初步进行有限元分析验证。结果:成功建立上颈椎运动节段三维数字模型并实现可视化。模型包括:C0~3骨性结构并区分皮质骨与松质骨、C1~3关节软骨盘、C2,3椎间盘和6种韧带结构。上颈椎有限元模型初步验证结果与体外生物力学实验和临床结果相符,可进一步行各种上颈椎有限元分析。结论:Mimics软件基于薄层CT图像建立上颈椎有限元模型提供了一个更为快捷精确的方法,所建模型逼真,几何相似性好,为研究上颈椎的生物力学性状创造了条件。     

颈椎（C0～C3）有限元模型的建立及验证

目的：建立具有详细解剖结构的上颈椎三维非线性有限元模型并验证其有效性。方法：对1名健康成年男性,以层厚0．6mm进行连续颈部CT扫描得到骨窗断层图像,将CT数据导入到三维重建软件Mimics11．0中得到上颈椎的三维图像数据,再导入ANSYS8．1中生成上颈椎的三维骨性模型。依据文献资料及参考CT结果对上颈椎软组织进行建模,包括椎间盘、小关节和主要韧带结构。最后模拟生理载荷下测定模型各节段（C0-C1,C1～C2,C2～C3）的三维运动范围,并将所得结果与体外生物力学实验结果进行对比,验证所建颈椎有限元模型的有效性。结果：建立了一个较为详尽的上颈椎有限元模型。包括76799个10-node Solid 92单元,14670 Shell 93单元,80个2-node Link 10单元．1557个8-node Solid 45单元,56个Shell 63单元。结论：该模型的生物力学和几何学相似性很好．本实验方法是科学的、精确的。     

颈曲变直模型的三维构建及虚拟颈椎后伸作用评价

目的：构建家兔正常颈椎曲度和颈曲变直的三维模型,并对三维模型进行生物力学分析,以探讨颈椎后伸手法的作用机制。方法：固定家兔颈椎后进行CT断层扫描,通过MIMICS三维软件分别重建正常曲度位和颈曲变直位2个模型;再运用ANSYS有限元分析软件进行力学分析。对2个三维模型进行前屈20°和后伸60°的力学加载,观察颈椎各节段椎间盘的应力变化。结果：前屈20°应力时,第1、4、5颔椎节段力学变化较大,且颈曲变直模型应力大于正常曲度模型（P〈0．05）;后伸60°应力时,2个模型各颈椎节段力学变化均不明显（P〉0．05）。结论：颈椎变直使颈椎节段应力变化加大,虚拟颈椎后伸手法可以调节颈椎力学改变。     

髋臼骨缺损和带翼髋臼翻修假体三维计算机模型的建立

目的：构建髋臼骨缺损和带翼髋臼翻修假体模型三维模型。方法：根据成年人CT扫描数据，利用Unigraphics软件手工提取边界，重建骨盆和带翼髋臼翻修假体三维模型，并人工制造骨缺损。结果：建立了不同假体内与骨盆髋臼结合的三维模型。结论：下一步根据髋臼所受到的载荷，加载在髋臼的模型上，进行有限元分析。     

全颈椎三维有限元模型的建立

目的:建立全颈椎(C1～T1)三维有限元模型.方法:根据一健康成年男性志愿者的颈椎CT与CT重建片,采用断层CT扫描序列图像的自动重建方法,建立全颈椎(C1～T1)三维有限元模型.结果:本研究成功的建立了全颈椎三维有限元模型,它包括C1～T1共8个椎体,本模型高度模拟颈椎结构与材料特性,结构完整,空间结构的测量准确度高,单元划分精细,共有节点数166 979,单元数12 177.结论:所建立的全颈椎有限元模型可以用来进行颈椎生物力学实验.     

上颈椎不稳有限元模型的建立及分析

目的：建立上颈椎不稳的三维有限元模型,并探索其临床治疗的意义。方法首先建立上颈椎正常的三维非线性有限元模型,在此基础上结合临床上的颈椎不稳病例,通过有限元软件的应用,建立上颈椎不稳的三维有限元模型并进行有限元分析。在屈、伸、侧屈、旋转等工况下,测量并比较上颈椎脱位模型与正常上颈椎模型的活动度(ROM)差异。结果所建上颈椎有限元模型外观清晰逼真,几何相似性良好。上颈椎不稳模型各个工况下的活动度与正常上颈椎模型相比明显增大,与体外生物力学实验结果基本吻合。结论有限元三维模型的建立提供了一种便捷而精确的方法。上颈椎不稳的非线性三维有限元模型能够较好地模拟临床病例,从而指导制定临床治疗策略。     

上（he）中切牙瓷贴面复合体的三维有限元模型的建立

【目的】建立上(he)中切牙瓷贴面复合体的三维有限元的模型，为其生物力学的研究提供数学模型基础。【方法】利用三维螺旋CT扫描，DICOM3．0件转换，经Photo shop7．0图像处理软件和Matab6．5软件的处理，采用有限元分析软件(ANSYS6．1)建立三维有限元的模型。【结果】建立了(I、L、U)三型预备的瓷贴面复合体的三维有限元的模型。【结论】应用螺旋CT扫描、自编程序和ANSYS软件相结合的方法，建立上(he)中切牙瓷贴面复合体的三维有限元模型是切实可行和有效的。     

基于中国数字人CT数据重建上颈椎运动节段有限元模型

为建立精确的数字力学人上颈椎运动节段模型,采用中国数字人男1号数据,使用经Materialise公司授权试用的MIMICS13．1医学图像重建软件进行三维有限元建模,并将其结果导入有限元系统进行处理,建立起形态学高度拟真的上颈椎运动节段模型。实践证明,数字力学人模型可以进行有限元计算,其精度能更好地满足数字化医学对计算机模拟论证的要求。     

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.     

脊柱胸腰段三维有限元模型的建立与验证

目的：建立正常脊柱胸腰段三维有限元模型并验证其有效性。方法：选择一位健康成人志愿者,通过CT扫描获得胸腰段数据,Mimics 10．01软件生成T12-L2椎骨三维模型,Geomagic 11．0、UG7．0生成三维实体模型,Hy—permesh10．0划分网格,并建立椎间盘、韧带等结构,Abaqus6．9．1加载求值,施加500N垂直压缩力,7．5Nm的前屈、后伸、左右侧屈及左右轴向旋转力矩,分三个载荷步（2．5、5．0和7．5Nm）施加,观察T12-L2节段运动范围。结果：建立了正常人胸腰段三维有限元模型,整个模型共90014个单元,158684个节点。对模型进行前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转作用,T12-L2节段的力矩-旋转角度曲线与文献体外实验数据基本吻合。结论：本实验建立的正常脊柱胸腰段三维有限元模型有效,可进行进一步的生物力学实验研究。     

颈椎生理曲度变直全节段有限元建模与分析

目的 建立生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型,对颈椎生理曲度变直的发生机制进行验证与分析.方法 选取符合颈椎曲度变直纳入标准的患者,采集其CT数据,使用生物力学有限元建模软件,精确重建颈椎各节段的独立实体模型,直接从三维实体模型划分生成高质量有限元体网格,进一步精细生成各种韧带、椎间盘、关节突软骨等组织和结构.结果 在前屈、后伸、侧弯和旋转情况下,生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型活动度范围比正常值范围要小并且出现再分配.同时,在应力分布方面,C3～4、C4～5 之间的小关节、钩突关节,和C3～4之间的椎间盘容易出现应力集中情况,表明易出现损伤和退化.结论 新型生物力学有限元建模软件简单易用,所建生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型结构完整,空间结构精度高,单元划分规则精细,有限元分析结果对生理曲度变直的颈椎病临床诊断有指导意义.     

摇椅弓角度和弧形深度对牙根和牙周组织应力分布的影响

目的：通过三维有限元法分析摇椅弓角度和弧形深度的变化对前后牙根和牙周组织VonMises综合应力分布的影响．方法：采用ANSYS有限元软件建立下颌牙列、牙周支持组织以及不同角度、不同弧形深度的0．018×0．025英寸不锈钢下颌标准弓形摇椅弓的三维有限元模型,将摇椅弓变形前后的位移差作为荷载施加于有限元模型,通过多次迭代使其满足变形协调条件,计算出牙根和牙周组织的应力分布状况．结果：在摇椅弓作用下牙根受到的综合应力最大（0．18—10．03kPa）,牙槽骨次之（0．05—1．13kPa）,牙周膜最小（0．01～0．10kPa）,且综合应力随着摇椅弓角度和弧形深度的增加而增加,综合应力集中分布于牙根、牙槽骨和牙周膜的颈部和根尖部．结论：摇椅弓角度和弧形深度的变化对牙周组织应力产生显著影响．     

寰枢椎三维有限元模型的建立

目的:建立寰枢椎三维有限元模型,为重建寰枢椎的稳定性提供生物力学依据.方法:对颈枕部C0-3标本行CT扫描,获取数据集,通过Mimics10.0软件选取灰度值大于-250 Hu得到C0-3骨和韧带的三维模型,并用Mimics10.0软件对模型进行修饰,以OUT格式导入有限元软件Patran2005中生成四面体网格模型,再输入Mimics软件对模型赋值,完成寰枢椎三维有限元模型,包括密质骨、松质骨及韧带,模型能够高度模拟颈椎结构与材料特性,结构完整,模型节点数9178,单元数40 356.在模型C3的下缘进行边界约束(六自由度为零),在C0处进行前屈/后伸、左/右侧弯、左/右旋转方向1.5 Nm的加载,分析寰枢椎之间的三维运动及各部位的应力.并在实验室以相同加载方法下测量其三维运动范围.分别进行统计学分析.结果:寰枢外侧关节面及枢椎体前部是应力集中部位.寰枢椎间的三维运动(前屈/后伸5.48°/9.85°、左/右侧弯4.69°/4.93°、左/右轴向旋转31.28°/30.56°)与实验室测量(前屈/后伸8.10°/8.49°、左/右侧弯4.79°/4.93°、左/右轴向旋转28.2°/29.3°)相当.结论:利用Mimics和Patran2005建立寰枢椎有限元模型,具有较高的真实性和精确度,能够模仿寰枢椎生物力学分析.     

胸腰段三维有限元模型的建立

目的：研究建立胸腰段活动节段三维有限元的模型.方法：选取一具正常人体T10～S1节段标本为研究对象,通过CT扫描获取脊柱的二维图像,然后进行三维重建,转化为有限元几何模型.通过有限元方法,将脊柱几何模型网格化转变为T10～L3活动节段有限元模型,然后应用ANSYS6.0软件对模型在轴向载荷状态下进行应力分析.结果：建立T10～L3活动节段的有限元模型,并分析了轴向载荷下T12～L1节段不同组成部分的应力分布.结论：为胸腰段活动节段三维有限元模型的建立提供了一种简便、精确的方法,为分析和研究该模型在各种情况下的生物力学表现创造了条件.     

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.     

颈椎三维有限元模型的建立与应用

目的建立颈椎的三维有限元模型(C4/5/6),以用于临床试验研究。方法根据条件选取健康成年男性志愿者,通过CT扫描,得到颈椎的连续断层数据图片,通过医学三维重建软件Materialise Mimics、作图软件Uni-graphics NX、有限元分析软件ANSYS 8.1构建出颈椎的三维有限元模型,进行边界设定,在模型上加载45N的预载荷,再加以2.0 N.M的纯力矩模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、旋转的生理活动,观察正常FSU(C4/5)的运动与受力,并与体外实物生物力学实验结果比较。结果C4/5三维有限元模型的运动范围与体外实体实验结果在统计学上没有显著差异(P<0.01)。结论建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎的生物力学特性。     

Imageware逆向工程软件在固定桥建模中的应用

目的借助Imageware逆向工程软件建立仿真的天然牙支持式固定桥三维实体模型,为后续模型加载的生物力学研究打下基础。方法CT扫描一位志愿者下颌骨,通过Mimics软件分离出牙齿和颌骨,生成点云数据,导入Imageware逆向工程软件中生成三维曲面模型,在ANSYS10．0有限元软件中建立三维有限元模型。结果本实验重建了志愿者下颌部分颌骨（皮质骨和松质骨）、牙齿及其周围牙周膜的三维实体模型,并在此模型基础上根据基牙预备及烤瓷冠桥的要求,构建了下颌后牙区三单位的烤瓷固定桥三维实体模型。结论Mimics软件结合逆向工程软件的使用,可以建立比较逼真的三维实体模型,而且操作简便,可以在烤瓷冠桥的构建中缩短建模时间。