下颌骨牙槽嵴萎缩三维有限元模型与生物力学分析

目的:利用螺旋CT建立牙槽嵴萎缩的下颌骨三维有限元模型,用于萎缩牙槽嵴的生物力学分析。方法:采用螺旋CT扫描,数字化影像数据采集,三维重建技术,并使用ANSYS6.0软件完成有限元模型的建立。结果:获得了理想的下颌骨牙槽嵴萎缩三维有限元模型,由16077个单 元,23635个节点构成。结论:采用螺旋CT扫描,数字化影像数据采集,三维重建技术结合ANSYS6.0软件可以建立理想的下颌骨牙槽嵴萎缩模型。     

多层螺旋CT在建立上颌骨三维有限元模型中的应用

目的：为了能够提高牙颌组织有限元分析研究的水平，拟探讨利用多层螺旋CT获取上颌骨扫描数据，进而快速地建立高精度的上颌骨三维有限元模型的方法。 方法：2004—07采用西安市中心医院多层螺旋CT对1名上下颌牙列缺失经全口义齿修复已1年，上颌牙槽嵴宽大丰满的男性进行头面部扫描，利用专业造型软件完成三维实体模型的重建，并在此基础上建立完整无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型。 结果：获取了精确的头面部多排螺旋CT扫描断层影像数据，利用所得数据建立了63360个节点、38879个单元的无牙颌上颌骨计算机模拟全口义齿修复三维有限元模型．完整重现了上颌骨复杂的形态，得到了上颌骨、颈骨、颅骨以及上颌窦．眶腔等结构鲜明、直观的印象。 结论：利用多层螺旋CT扫描数据建立上颌骨三维有限元模型，无需描记轮廓线、插层等人工操作，能够尽可能地排除人为的干扰，既缩短了建模时间，又提高了所建立模型的精度。     

MDCT在建立种植体支抗滑动关闭拔牙间隙三维有限元模型中的应用

目的 探讨利用多层螺旋CT(MDCT)建立种植体支抗滑动关闭拔牙间隙三维有限元模型的方法.方法 选择一副全口标准下颌仿真牙,按正常牙弓的基本要求进行排牙,排牙完成后从下颌牙列中去除第一前磨牙.使用美国GE公司Lightspeed16排螺旋CT机扫描仿真牙,采集容积数据.扫描层厚0.625 mm、层间隔0.625 mm、重建间隔0.3mm,应用Dicom标准和Mimics、UG、Geomagic studio等软件,再结合ANSYS三维有限元专用软件对下颌牙CT断层影像进行分析处理,建立三维有限元模型.结果 获得了140层下颌仿真牙的多排螺旋CT扫描断层影像数据,利用所得数据建立了258834个节点、420016个单元的带有种植体支抗的拔除两侧第一前磨牙的下牙颌组织三维有限元模型.结论 利用多层螺旋CT扫描数据建立种植体支抗滑动关闭拔牙间隙三维有限元模型,可缩短建模时间、提高建模效率和模型的精度.该模型的建立为在不同加载方式下种植体支抗滑动关闭拔牙间隙的应力分析提供初步基础.     

螺旋CT扫描资料建立上颌中切牙三维有限元模型

目的应用螺旋CT扫描资料建立正常人体上颌右侧中切牙三维有限元模型，为今后该部位进一步有限元分析奠定基础。方法选取一名上颌牙列完整，个别正常[牙合]，无显著口腔疾患的13岁女性作为测试对象，应用多层螺旋CT机（GE LightSpeed 16）扫描全头颅，应用有限元法分析软件（ALGOR8．0）建立上颌右侧中切牙三维有限元模型。结果建立右上中切牙及牙周膜的三维有限元模型。该模型共有5379个节点，4964个六面体单元。结论建立了右上中切牙及牙周膜的三维有限元模型，可用于相应的应力一应变分析。     

多层螺旋CT在建立上颌骨三维有限元模型中的应用

目的:为了能够提高牙颌组织有限元分析研究的水平,拟探讨利用多层螺旋CT获取上颌骨扫描数据,进而快速地建立高精度的上颌骨三维有限元模型的方法。方法:2004-07采用西安市中心医院多层螺旋CT对1名上下颌牙列缺失经全口义齿修复已1年,上颌牙槽嵴宽大丰满的男性进行头面部扫描,利用专业造型软件完成三维实体模型的重建,并在此基础上建立完整无牙颌上颌骨及颅骨的三维有限元模型。结果:获取了精确的头面部多排螺旋CT扫描断层影像数据,利用所得数据建立了63360个节点、38879个单元的无牙颌上颌骨计算机模拟全口义齿修复三维有限元模型,完整重现了上颌骨复杂的形态,得到了上颌骨、颧骨、颅骨以及上颌窦、眶腔等结构鲜明、直观的印象。结论:利用多层螺旋CT扫描数据建立上颌骨三维有限元模型,无需描记轮廓线、插层等人工操作,能够尽可能地排除人为的干扰,既缩短了建模时间,又提高了所建立模型的精度。     

利用螺旋CT数据建立上颈椎三维有限元模型

目的：建立上颈椎三维有限元模型．以期应用于临床相关的生物力学实验研究。方法：通过对正常人的CT薄层扫描获得原始DICOM图像数据．采用CAD数据处理技术进行计算机三维重建．改良建立的模型导进ANSYS9．0软件进行计算机模拟仿真生物力学研究。结果：所建模型外观清晰逼真。几何相似性好。三维重建结构可以单独或联合显示。甚至可行结构的任意取舍，重建结构的任意径线及角度均可进行适时三维测量。结论：该技术为临床医生对枕颈交界区有限元三维模型的建立提供了一种便捷而精确的方法，对计算机分析及研究该模型局部结构在各种受力情况下的生物力学表现创造条件。     

人工骨三维模型的建立及其生物力学特征

目的：建立人工骨三维有限元模型，作为今后该部位进一步有限元分析的基础。方法：以狗股骨下段为对象，应用CT扫描技术、CT数据处理的软件Medical_Soft实现图像处理．经过滤除噪声、重新排列、筛减等操作，用Surfacer软件中重构的炎节面数据输入Unigraphics软件中进行人工骨股骨下端三维模型的建立将建立的人工骨模型输入ANSYS7．0，建立人工骨的三维有限元模型。结果：采用CT扫描资料建立起来的三维模型，形态逼真，能真实反映骨外形及骨髓腔三维结构。结论：人工骨三维模型的建立，可以为今后的人工骨生物力学分析提供一个逼真的模型，且可进一步进行计算机辅助设计处理，以完成生物工程活性骨的个体适配化设计、制造。     

应用三维有限元建立下颌第一磨牙模型的生物力学特征

目的：建立下颌第一磨牙的三维有限元模型，为下颌第一磨牙的生物力学研究提供一个数字模型。方法：实验于2004-04／12完成。CT扫描在第四军医大学西京医院放射科进行，三维有限元模型的建立在西安理工大学理学院应用数学系实验室进行，样本取自第四军医大学口腔医院牙体科教学组。选取中国人标准形态的右侧下颌第一磨牙为样本，螺旋CT扫描正常下颌骨得到下颌第一磨牙的24副断层图像，将图像在计算机上进行处理得到下颌第一磨牙的三维有限元模型。结果：建立的有限元模型包括牙齿、牙槽骨、牙周膜在内，共4862个节点，4051个单元。结论：该模型可满足对该下颌第一磨牙进行牙体修复时的各种力学分析。     

纤维桩核冠修复上颌中切牙三维有限元模型的建立

背景：建立有限元模型对缺损的上颌中切牙进行应力分析可为临床修复方法提供选择依据。目的：建立纤维桩全瓷冠修复上颌中切牙的三维有限元应力分析模型。方法：通过螺旋CT扫描、Mimics软件和Ansys软件建立冠缺损1/2的上颌中切牙采用纤维桩全瓷冠修复的三维有限元模型,模拟咬合加载,记录组织的VonMises应力和最大拉应力。结果与结论：建立了冠缺损1/2的上颌中切牙三维有限元模型,并模拟纤维桩核全瓷冠修复,与临床实际情况接近。运用螺旋CT、Mimics软件、Ansys软件能有效建立牙齿组织的三维有限元模型,模拟临床实际情况,并能以此演化为其他修复情况的模型。     

山羊下颌骨牵张成骨中髁突软骨表面应力分布的三维有限元研究

目的：分析山羊下颌骨牵张成骨中下颌骨牵张延长后髁突软骨表面的应力分布规律。 方法：实验于2005—01／12在四川大学华西口腔医院动物手术中心和四川大学生物力学工程实验室完成。对1只山羊右下颌骨行骨皮质切开术后进行牵张，每日加力4次，牵张频率为每6小时0．2mm，每天共延长下颌骨0．8mm，牵张速率为0．8mm／d，连续加力12d后固定牵张器进入牵张固定期，牵张完成后第4周处死动物，采用SIMENS SOMATOM16型螺旋CT对其颅面骨行CT扫描后，将CT影像导入专用三维图像重建软件mimics进行三维模型的重建，并采用有限元分析软件Patran对所建下颌骨模型的颞下颌关节髁状突软骨表面的应力分布进行分析计算。 结果：①术侧髁突软骨表面各部位的应力值远高于对侧[术侧范氏力（MPa）／对侧范氏力（MPa）：髁突前内斜面为14．6／0．92，髁突前中斜面为2．3／0．17，髁突前外斜面为4．5／0．9，髁突横嵴内1／3为5．7／0．6，髁突横嵴中1／3为2．6／0．8，髁突横嵴外1／3为1．8／0．11，髁突后内斜面为1．7／1．1，髁突后中斜面为0．9／0．2，髁突后外斜面为1．4／0．3]。②术侧髁突前斜面为主要受压区域．髁突横嵴区和髁突后斜面为主要受拉区域。③术侧髁突前后向观察，髁突前斜面的范氏力平均值最大，髁突横嵴区域其次，髁突后斜面区域应力平均值最低；从髁突内外向观察，髁突内侧的平均范氏力大于髁突中份和外侧。 结论：下颌骨牵张成骨中由于牵张力的作用会导致术侧髁突软骨表面产生一定的应力．应力的产生可能导致关节结构改变。     

骨质疏松腰椎三维有限元数字化模型的建立

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，以为腰椎骨质疏松的生物力学实验提供标准模型。方法：实验于2004-06／10在南方医科大学生物力学实验室完成。选取老年男性正常人体脊柱标本1具，范围从L4-L5,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1mm层厚扫描，以jpg格式输出其断面图像并转人微机保存。利用三维重建软件Mimics建立L4-L5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1mm层厚引起的数据丢失予以修补。利用有限元软件Ansys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Ansys成功进行正常腰段脊柱三维模型有限元网格划分。共有82563个单元，131204个节点，建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性。②骨质疏松腰椎三维有限元模型的建立：利用有限元软件Ansys的前处理功能，对不同组织的物理特性进行定义，椎体和后部结构的弹性模量均减少30％左右，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损伤程度的评估。     

应用Mimics软件建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后的有限元模型

背景：双侧升支矢状劈开截骨术是正颌外科常见的治疗方法之一,仃限元法成为研究双侧升支欠状劈开内阎定后生物力学的重要方法。目的：快速建立下颌骨双侧矢装劈开内固定后有限元模型,寻求一种更为快捷、精确的矢装劈开内固定的三维有限元模型,为研究下颌骨矢装劈开内固定后生物力学打下基础。方法：应J用簿层CT,Dicom标准和Mimics软件,结合MSC．Patran三维有限元专用软件对CT断层影像进行分析处理。结果与结论：建立了精确的下颌骨双侧矢装劈开内固定后三维有限元模型。使用Dicom标准和Mimics软件获取三维模型,直接写入MSC．Patran三维有限元软件,提高了建模效率。提示薄层CT、Dicom标准的应用使得有限元模型的建立更为精确,司时Mimics软件直接建立矢装劈开内固定三维模型,极大程度提高了建模效率,为生物力学分析打下基础。     

逆向工程法建立下颌第一磨牙种植体有限元模型

背景:逆向工程建模在以往的研究中也较多采用,但针对种植方面建模的研究却鲜见,尤其下颌磨牙种植方面的研究更为少见.而下颌磨牙是牙列中缺失率最高的,所以利用逆向工程建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,对下颌磨牙种植修复的研究具有参考价值.目的:利用逆向工程快速建立含下颌磨牙种植义齿的颌骨三维有限元模型,为口腔生物力学的研究提供数学模型基础.方法:通过螺旋CT扫描正常下颌骨,Mimics软件读取断层影像数据、数据分割、三维重建,应用Magics软件优化网格设计,Pro/E软件前处理实体模型,SolidWorks2007软件建立三维有限元模型并划分网格、求解.结果与结论:成功地重建了正常牙槽骨高度的下颌第一磨牙种植体三维有限元模型,与实体模型具有高度的几何相似性,力学性质、网格质量较好,模型可以根据需要进行简便易行的修改.可为研究不同种植设计方式修复下颌第一磨牙种植体周围骨的应力分析,提供极好的模型支持.     

纤维桩核冠修复上颌中切牙三维有限元模型的建立

背景:建立有限元模型对缺损的上颌中切牙进行应力分析可为临床修复方法提供选择依据。目的:建立纤维桩全瓷冠修复上颌中切牙的三维有限元应力分析模型。方法:通过螺旋CT扫描、Mimics软件和Ansys软件建立冠缺损1/2的上颌中切牙采用纤维桩全瓷冠修复的三维有限元模型,模拟咬合加载,记录组织的VonMises应力和最大拉应力。结果与结论:建立了冠缺损1/2的上颌中切牙三维有限元模型,并模拟纤维桩核全瓷冠修复,与临床实际情况接近。运用螺旋CT、Mimics软件、Ansys软件能有效建立牙齿组织的三维有限元模型,模拟临床实际情况,并能以此演化为其他修复情况的模型。     

以螺旋CT数据建立的颅底三维有限元模型

背景:近年来国内外学者进行了大量生物力学实验研究,试图解释颅脑损伤的发生过程和受力大小与损伤部位的相关性.但是目前针对颅底骨折原因的研究主要是直接暴力,对于间接暴力作用于颅底后颅底的应力分布情况尚无报道.目的:利用螺旋CT数据、三维重建软件及有限元分析软件,在普通PC机建立颅底三维有限元模型.方法:选择正常成年女性作为建模对象,无头颈部损伤、手术及其他病史,CT扫描前进行X射线常规检查排除器质性疾病.头部螺旋CT薄层扫描后,将图像数据输入医用图像与三维重建软件MIMICS中,建立颅底的三维可视化模型.将该模型简化优化后,导入有限元分析软件ANSYS 10.0中,建立颅底的三维有限元模型.结果与结论:建立了由额骨、蝶骨、筛骨、颞骨、枕骨等共同组成的颅底实体模型,由于成年人骨缝闭合,所以将其视为一个整体.对实体模型划分网格,得到颅底的三维有限元模型,共有51 053个单元,80 273个节点.提示所建立的颅底有限元模型外形逼真,几何相似性好,可以用来进行颅底骨折的生物力学研究.     

计算机辅助个体化下颌骨缺损的功能性修复

目的：应用计算机辅助技术，从生物力学分析和个体化钛网制作两个方面，进行下颌骨缺损的个体化功能性修复。方法：实验于2003-12／2004-09在第二军医大学长海医院口腔科与上海理工大学机械学院完成。通过CT扫描获取下颌骨断层解剖信息，然后进行三维重建，在三维重建的基础上，首先进行下颌骨缺损个体化功能性修复三维有限元模型的建立和相应的生物力学分析，然后探讨依靠镜像技术、快速成型技术、铸造技术等完成个体化三维钛网修复体的制作，再将种植体与钛网相连接，构建个体化功能性修复体。结果：在计算机辅助基础上，成功构建下颌骨缺损个体化功能性修复的三维有限元模型，并能为个体化功能性修复提供生物力学分析，所制作的个体化带种植体三维钛网与下颌骨连接良好，能个体化恢复颌骨的解剖性态，所带种植体可望为后期义齿修复提供基础。结论：下颌骨个体化功能性修复三维有限元模型的建立及相应力学分析，能为下颌骨缺损的个体化功能性修复提供生物力学基础；以快速原型技术为基础，成功制作了下颌骨个体化功能性钛网修复体，为下颌骨缺损的个体化功能性修复提供了现实基础。     

本期专题：脊柱外科三维建模与生物力学分析②（本刊中文部）

4 CT扫描及计算器辅助设计技术建立的颈椎三维有限元模型 付裕（内蒙古医学院第二附属医院颈椎外科，内蒙古自治区呼和浩特市010030） 推荐理由：文章通过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、体的顺序重建三雏结构，采用计算器辅助设计数据处理技术，输入相关的材料特性。     

上颌切牙区3种不同形式种植固定桥三维有限元模型的建立

背景:研究表明,三维有限元分析法是分析种植体周围骨界面生物力学分布的重要研究手段,精确的模型构建是三维有限元准确分析的基础,可为优化种植设计方案提供研究支持.目的:建立3种不同形式种植固定桥修复上颌切牙区的三维有限元模型,为研究其生物力学分布提供数学化模型.方法:利用CT扫描技术和Geomagic studio 9.0软件、Mimics 10.01软件的实体建模技术,结合ANSYS 10.0有限元分析软件建立人上颌切牙区3种不同形式种植体支持固定桥的二维有限元模型.结果与结论:成功建立了三维有限元模型,总节点数为365 173个,四面体总单元数为204 854个.该模型获得上颌骨、上颌中切牙、侧切牙、种植体及瓷层的形态,具有良好的几何相似性.提示将CT扫描技术、数字图像处理技术与一系列计算机软件相结合,建立三维有限元模型的方法是行之有效的.     

人工髓核置换三维有限元模型的建立

背景：目前人工髓核置换主要集中在临床使用及观察方面，尚缺乏更多力学实验数据的支持，需要可靠的物理模型或大量体外实验论证分析。目的：建立L4/L5节段人工髓核置换三维有限元模型，拟为生物力学实验研究提供标准数学模型。设计、时间及地点：观察性实验，于2006-07／11在南方医科大学珠江医院骨科中心完成。材料：健康志愿者及人工髓核置换患者各1名，进行64层螺旋CT扫描。扫描数据以Dicom3．0标准直接存储。根据国人实际情况，实验选用最常用PDN—SOLO-7型进行建模，PDN-SOLO-7型代表假体高度7．0mm，横径25mm，弹性模量为45MPa，泊松比为0．49，面接触摩擦系数为0.3MU。方法：在Mimics10．11软件建立L4，k运动节段及PDN-SOLO-7型人工髓核模型。模仿腰椎后路人工髓核置换，建立人工髓核置换三维有限元几何模型。各组件在ANSYS11．0转化成体单元网格。L4和L5体单元网格导回Mimics根据灰度值进行材质分配。余组件直接定义材料参数。在ANSYS用高级有限元装配技术，建立VL，节段人工髓核置换三维有限元模型。主要观察指标：观察人工髓核置换后有限元模型的模拟单元，节点及构成组件。结果：建立了人工髓核置换后三维几何和有限元模型。人工髓核置换模型分为92516个四面体单元，153963个节点，由L4、k、纤维环、上下终板、7条韧带和人工髓核13个组件构成，由三维10节点SOLID92固体单元模拟。结论：通过64层螺旋CT扫描获得腰椎精确几何数据，Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确模型，利用灰度值赋材质，建立高仿真脊柱节段及人工髓核置换有限元模型。     

人体颌骨三维模型重建及种植牙的仿真

利用螺旋CT扫描技术获得的人体下颌骨扫描数据,通过与快速成型,UG/Imageware逆向工程等技术相结合,在计算机上重建一个可编辑的三维实体模型,在重建模型中分别进行体绘制、面绘制以及三维测量,并选取理想植入点,记录理想植入点坐标数据和定位点的坐标数据,并模拟牙种植手术,在UG中对其进行种植体数控仿真,将仿真结果经过坐标换算后,导入数控机床加工。在计算机上重建了一个可编辑的三维实体模型,它具有精确度高,可编辑等特点,并且可以直接用于实体的生物制造。提示结合CT三维重建技术与计算机辅助设计制造技术,让医生在术前对患者颌骨有全面的、三维方向的认识,方便医生确定手术方案,提高手术的成功率。