即刻负载种植体尺寸对骨界面生物力学分布的影响

目的 分析种植体直径和长度对即刻负载种植体骨界面应力应变的影响.方法 分别建立含尺寸为3.3mm×10mm,4.1mm×10mm,4.8mm×10mm,4.1mm×6 mm,4.1mm×8 mm,4.1mm×12 mm及4.1mm×14mm的即刻负载种植体的下颌骨三维有限元模型,用ANSYS软件分析在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面颈部的von Mises应力、应变值.结果 垂直加载时,3.3mm×10mm的种植体应力及应变均最大,其平均值及最大值均明显大于其他各组,绝大多数差别有统计学意义(P＜0.05);其次为4.1mm×6mm的种植体,大多数的差别有统计学意义(P＜0.05).颊舌向加载时,应力及应变值均明显增大,但同样是种植体尺寸为3.3mm×10mm应力、应变最大,4.1mm×6mm的种植体次之.种植体尺寸为4.8mm×10mm应力值最小,应变值也接近最小.4.1mm×10mm的标准种植体应力值只与3.3mm ×10mm及4.8mm×10mm的差别有统计学意义(P＜0.05).结论 增加种植体的直径和长度都可降低骨界面颈部应力和应变,并且直径的改变对生物力学的影响更显著.即刻负载种植体的直径至少要4.1mm,骨量充足时尽量选用直径4.8mm的种植体;长度至少要10mm.     

有限元模拟复杂性腰椎管狭窄症减压手术

本文目的是精确建立复杂性腰椎管狭窄症(LSS)的退变腰椎有限元模型和减压手术模型,与正常模型进行对比与分析。首先,选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,同时构建正常材质模型和减压手术模型,用相同边界条件进行对比分析。结果表明:复杂性LSS腰椎的活动度范围比正常模型要小,而减压模型的活动度变大。在应力方面,退变椎间盘L4-L5和邻近上位椎间盘L3-L4的终板、髓核和维环基质应力分布趋向四周边缘集中,而减压手术模型的应力进一步出现较大增加。仿真显示单纯的减压手术虽然可以减缓神经疼痛,但是很可能进一步造成腰椎稳定性的破坏,加速腰椎退变。     

复杂性腰椎管狭窄症减压和椎间融合的有限元分析

精确建立复杂性腰椎管狭窄症LSS的退变腰椎有限元模型,进而分析减压手术结合椎弓根内固定、椎体间盘融合的效果。选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,自适应划分网格并交互生成附属组织结构,同时构建正常腰椎模型和三种手术治疗模型,用相同边界条件进行对比分析。复杂性LSS模型活动度比正常模型减少20%左右;而单纯减压模型出现不稳,活动范围增加近40%;结合椎弓根内固定稳定性部分提高、活动范围只增加25%,而进一步结合椎体间盘融合后腰椎弯曲刚度超过正常模型。在应力方面,单纯减压的应力出现较大增加、达到1.7倍左右,结合椎弓根内固定和椎体间盘融合有比较明显的减压作用。显示单纯的减压手术虽然可以缓减神经疼痛,但可能进一步造成腰椎稳定性的破坏,结合椎弓根内固定不能提供全面的稳定性,进一步结合椎体间盘融合的治疗效果比较稳定。     

退变性脊柱侧弯的生物力学有限元分析☆

背景：脊柱在结构、形状、材料特性以及承受载荷方面都比较复杂,传统的生物力学方法不能完全解决这些特性问题。目的：探讨退变性脊柱侧弯椎间盘、关节突关节、椎体等的应力分布,为其发生、发展的生物力学机制提供依据。方法：基于退变性脊柱侧弯患者T12-S1上段连续的CT扫描图像,赋予模型特定的材料属性,建立完整、有效的退变性脊柱侧弯三维有限元模型。在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转6种工况下对模型进行加载,计算和分析脊柱的活动度、椎间盘、椎体及关节突关节软骨的应力分布。结果与结论：退变性脊柱侧弯有限元模型比正常腰椎的活动度要小,椎间盘应力分布趋向于椎间盘的四周,后伸运动时各椎间盘应力最大,侧弯顶点椎体容易出现应力集中的情况,在旋转工况下关节突软骨的应力集中最明显,后伸工况下次之,尤其以侧弯顶点节段的关节突软骨影响最大。退变性脊柱侧弯侧弯顶点容易出现应力集中,后伸、旋转运动可加重退变性脊柱侧弯发展。     

经喙突肩胛骨关节盂螺钉内固定的最优化计算机辅助测量

目的 探讨最优化计算机辅助解剖测量技术,为经喙突肩胛骨关节盂螺钉内固定提供解剖学基础。方法 取肩胛骨CT数据30份,进行精确的三维重建得到肩胛骨数字模型。首先为使用单螺钉的内固定方法设计最优化目标函数,并在约束条件下自动计算其最佳位置;然后结合主元分析,搜索和确定使用双螺钉内固定方法的进钉位置;最后用统计方法分析测量结果,并设计新的解剖测量参考体系。结果 使用单螺钉时,进针点P到肩峰前外侧最突起点X的距离为(39.15±2.28)mm、到喙突前内点Y为(28.66±2.68)mm、到上角点Z为(61.13±6.57)mm; PX、PY 之间的夹角为(81.27±7.15)°,PX、PZ 之间的夹角为(133.27±6.84)°;对于进钉方向,螺钉与 PX的夹角为(104.08±4.41)°,与PY的夹角为(10129±351)°,与PZ 之间的夹角为(76.23±5.03)°。 使用双螺钉时,进针点E与原单螺钉的进针点之间的距离为(5.12±1.37)mm,进针点F与原单螺钉的进针点之间的距离为(3.88±0.94)mm; 两进针点的连线与长轴方向之间的夹角为(27.41±3.51)°。结论 最优化计算机辅助解剖测量是一种非常有效的新测量技术,克服了传统手工实物解剖测量的很多缺点,并且方便设计新的解剖测量参考体系和临床手术方案。     

骨缝结构对上颌前牵引及横向扩弓的生物力学影响

目的 探讨在上颌前牵引联合横向扩弓作用力下,骨缝结构对单侧唇腭裂(unilateral cleft lip and palate,UCLP)患者颅上颌复合体位移变化和应力分布的影响.方法 选择1例左侧唇腭裂患者进行颅面部CT扫描,利用所得CT扫描数据分别建立一个包含或不包含骨缝结构的颅上颌复合体的三维有限元模型,在腭中缝扩开6 mm情况下,于双侧第一双前磨牙处分别施加一个500 g、与咬合平面呈20°向前下的上颌前牵引力,利用Ansys12.0分析颅面复合体的位移变化和应力分布.结果 建立了含或不含骨缝唇腭裂颅上颌有限元模型;在上颌前牵引联合横向扩弓作用力下,有骨缝和无骨缝模型上颌均发生了明显向前、下的位移,在水平、矢状、垂直三个方向上的位移均有从下至上递减趋势;且唇腭裂侧位移比无唇腭裂侧位移大;有骨缝模型明显比无骨缝模型位移量大.在二力联合作用下,有骨缝模型的骨缝区均同时存在压应力和拉应力,唇腭裂侧骨缝和无唇腭裂侧骨缝的应力分布趋势基本一致,但唇腭裂侧骨缝应力较无唇腭裂侧骨缝应力大.结论 本实验从生物力学角度证实了骨缝在颅上颌复合体生长改良中具有重要意义.     

腰椎活动节段精确有限元模型的建立

目的 采用一种新型CAD方法用CT资料精确建立腰椎L4-L5节段三维非线性有限元模型. 方法用一种改良的"非种子区域分割方法"提取腰椎目标区域得到二值图像;再用反应腰椎曲度的"最佳切割平面"从初始表面模型获得非平行的切割轮廓线并建立"分段线性子空间";后者经仿射变换到"规则子空间"后快速重构腰椎曲面,最后经逆变换恢复原三维空间的形状特征.将L4-L5节段表面模型所有结点的坐标数据和三角面片信息导入ANSYS 进行网格划分. 结果所构建的有限元模型包含L4-L5节段所有重要解剖结构,压缩、屈曲、伸直载荷下有限元模型的预测结果与实验生物力学结果相符合. 结论包含先进算法的CAD技术实现了腰椎复杂几何模型的快速、精确建模.     

牙种植体即刻负载骨界面应力分布的三维有限元分析

目的：用三维有限元法分析牙种植体即刻负载骨界面的力学特性。方法：采用CT扫描和自主开发的USIS软件建立螺纹种植体即刻负载的三维有限元下颌骨模型，用ANSYS计算垂直加载、颊舌向450及近远中向45°加载150N力时种植体骨界面的Yon Mises应力、应变值。结果：垂直加载时骨界面的Yon Mises应力集中于颈部舌侧骨皮质，应变分布均匀，以颈部骨皮质、底部颊侧骨松质及颊侧螺纹接触部位的松质骨较为集中：颊舌向加载时骨界面的Yon Mises应力也集中于颈部舌侧骨皮质，但最大值是垂直加载时的4．15倍，应变分布不均匀，主要集中于颈部舌侧骨皮质，最大值是垂直加载时的3．98倍；近远中斜向加载时骨界面的Yon Mises应力集中于颈部远中侧骨皮质，最大值是垂直加载时的3．72倍，应变集中于底部近中侧骨松质，最大值是垂直加载时的1．51倍。结论：即刻垂直加载时，种植体周围骨质应力及应变无明显集中，分布较均匀，颊舌向及近远中向加载时应力、应变明显增大，分布不均匀。     

数字化全牙列下颌骨三维解剖建模

目的探讨建立具有高质量牙列的下颌骨三维数字化解剖模型。方法用激光扫描获取1套标准下颌牙列解剖标本的精确三维模型,用CT扫描数据重建下颌骨三维模型,使用基于几何和图像解剖标志的配准变形方法将每颗牙齿模型对齐融合到下颌骨模型,进一步生成牙齿的牙釉质、牙本质、牙周膜。结果成功建立了具有高质量牙列的下颌骨三维数字化解剖模型,每颗牙齿具有牙冠细节和完整的牙根,区分牙釉质、牙本质、牙周膜,可以对任意解剖区域放大和旋转观察,显示解剖标志。结论高质量牙列的下颌骨三维数字化解剖模型具有逼真的三维显象和方便的教学学习功能,可用于口腔、颌面、解剖等多个学科。     

有限元分析全髋置换术髋臼假体位置影响

目的　利用三维有限元仿真方法研究全髋关节置换术后假体位置对髋关节功能的影响,便于指导手术操作,并为临床提供评价标准。 方法　采用专门的生物力学有限元网格划分器从髋关节发育不良的CT扫描数据建立高度仿真的个性化髋骨三维有限元模型,并采用直接在真臼位置重建安放臼杯假体,将髋臼内壁打磨穿透进行内移安放,和髋臼上位方重建进行上移高位安放3种常见的临床手术方案,模拟臼杯假体位置对全髋关节置换术的影响。 结果　（1）直接在真臼位置安放的效果是最好的,出现应力集中和大剪切应力的可能性最小;（2）穿透内移安放的模拟应力分布略高于真臼位置;（3）而在上移高位安放的模拟则出现预测应力大幅增加的结果。 结论　全髋关节置换术中应尽可能在真臼位置重建和安放臼杯假体,以达到最优的应力分布和功能修复。