杠杆定位手法对腰椎间盘影响的有限元分析

目的:研究适合于杠杆定位手法的腰椎三维有限元建模方法,并分析杠杆定位手法对腰椎间盘生物力学的影响。方法:选取自愿者采集CT数据,进行三维重建并构建后伸40度体位,然后采用专用生物力学软件建立L3-S1节段腰椎三维有限元,同时生成无腰椎肌肉和有腰椎肌肉两组对比模型,根据实际杠杆定位手法实验收集的力学参数设置边界条件,进行有限元分析。结果:腰部肌肉对于推拿手法具有明显的协同和拮抗作用,有腰椎肌肉模型计算的腰部椎体各部分应力分布更自然合理。另外,结果表明杠杆定位手法使使纤维环有明显的回纳效果,使髓核向前中部靠拢、前中部内压增大。结论:腰椎三维有限元建模分析适合于分析杠杆定位手法对腰椎间盘生物力学的影响,为探讨杠杆定位手法对腰椎间盘突出症作用机理提供依据。     

基于CAD技术的个体化下颌骨正交各向异性有限元模型的建立

目的 建立个体化下颌骨正交各向异性三维有限元模型.方法 利用CT薄层扫描下颌骨获取的断层图像数据,在自主开发的USIS软件的基础上,自动分辨骨皮质和骨松质轮廓边界,并对下颌骨采用非种子区域分割、非平行最佳切割曲面及B样条曲线拟合法一系列新型CAD方法进行人机对话自动重建精确的几何表面模型.定义结构材料参数后划分网格,并导入有限元计算软件ANSYS9.0中完成三维有限元建模.结果 建立了结构精确的个体化下颌骨正交各向异性的三维有限元模型.结论 基于CT数据和USIS软件的新型CAD方法实现了个体化下颌骨正交各向异性三维有限元模型的建立.     

非创伤性生理曲度变直与颈椎退变关系的生物力学研究

目的:精确建立生理曲度变直的颈椎全节段有限元模型,并进行验证,分析其与颈椎退变的关系。方法:选取符合颈椎曲度变直纳入标准的颈椎病患者采集其CT数据,采用专门的生物力学有限元建模软件从CT扫描数据构建高质量的颈椎全节段有限元模型,然后采用基于离散微分属性的体网格变形技术,将生理曲度变直的模型映射生成曲度正常的有限元模型,再在相同的边界和加载条件下进行有限元对比分析。结果:在前屈、后伸、侧弯、和旋转工况下,生理曲度变直模型的活动度范围比正常值要小并且出现再分配。在应力分布方面,C3～C4,C4～C5之间的小关节、钩突关节,和C3～C4之间的椎间盘出现应力集中。结论:通过构建高质量的生理曲度变直和曲度正常的颈椎全节段有限元模型进行生物力学对比实验证明颈椎生理曲度变直引起椎间活动度明显减少并且出现再分配,同时下颈椎的小关节、钩突关节、椎间盘应力集中,加速颈椎退变。     

数字化颅颌面骨三维解剖图谱的建立

目的:研究和建立数字化颅颌面骨三维解剖图谱.方法:使用自主研发的医学图像处理和三维建模系统生成颅颌面诸骨的精确三维模型,然后采用 Visual Studio 2008开发三维解剖图谱系统,设计强大而灵活的界面布局和操作控制,充分发挥数字化图谱的虚拟可视化功能.结果:成功研制了数字化颅颌面骨三维解剖图谱系统 Dacas,人机交互式界面方便灵活,可以任意选取感兴趣区放大、旋转观察,对各个组成部分的名称、解剖标志、及其上、下级层次结构深入了解,具有逼真的三维显像和方便的教学学习功能.结论:数字化颅颌面骨组织三维解剖图谱是一种强有力的新型解剖工具,在口腔、颌面等多个学科均有很好的推广应用前景.     

退变性脊柱侧凸不同方式长节段固定融合术后邻近节段生物力学变化的有限元分析

目的:探讨退变性脊柱侧凸(degenerative scoliosis,DS)不同方式长节段固定融合术后脊柱活动度及固定邻近节段椎间盘和关节突软骨的应力变化。方法:基于DS患者T12～S1上段连续的CT扫描图像,导入E-feature Biomedical Modeler软件,从三维实体模型直接划分生成腰椎各节段的高质量体网格,根据DS的病理特点赋予模型特定的材料属性,将三维有限元模型导入ANSYS 12.0有限元分析软件,对其去除L4棘突、全椎板、部分关节突,行L4/5椎间融合后,分别采用L2~L4椎板融合+L2～L5 8枚椎弓根螺钉固定(方案一)、L1～L4椎板融合+L1～L5 10枚椎弓根螺钉固定(方案二)、L1～S1椎板融合+L1～S1 12枚椎弓根螺钉固定(方案三),在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种工况下对术后模型进行加载,计算和分析三种手术方案术后脊柱的活动度及固定邻近节段椎间盘和关节突软骨的应力变化,并与术前DS模型进行比较。结果:三种手术方案固定融合后脊柱活动范围均减小,方案三<方案二<方案一;三种手术方案对固定邻近节段椎间盘应力均有影响,前屈、旋转时三种方案均可使固定上位节段椎间盘的应力减少,侧弯时三种方案均可使上位节段椎间盘的应力增加,后伸时对上位椎间盘的应力减少明显;前屈、侧弯及左旋转时方案一、二均可使下位节段椎间盘应力增加,后伸、右旋转时方案一、二均可使下位节段椎间盘应力减少,但三种方案对固定邻近上、下位节段椎间盘应力的影响差异不明显。方案三的固定相邻节段关节突软骨最大应力达到532.98MPa,方案二为494.08MPa,方案一为63.27MPa,即方案二、三固定相邻节段的关节突软骨容易出现较大的应力集中情况,方案一影响较小。结论:治疗DS固定融合的节段越多,对术后脊柱活动度及固定相邻节段椎间盘和关节突软骨的应力影响越大,对于长节段固定融合术治疗DS时,在能够解除症状、达到脊柱稳定的前提下应尽可能减少固定节段。     

种植体长度对即刻负载种植体骨界面生物力学分布的影响

目的　建立包含不同长度标准直径种植体的下颌骨三维有限元模型,分析不同长度种植体对即刻负载种植体骨界面应力应变分布的影响。方法　采用薄层CT扫描下颌骨和自主开发的USIS软件建立直径4.1mm不同长度螺纹种植体即刻负载的三维有限元模型,用ANSYS软件分析长度分别为6、8、10、12、14mm的种植体,在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面的von Mises应力、应变值。结果　随着种植体长度的增加,种植体骨界面的应力和应变值均呈下降趋势。垂直加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降14.9%、8.4%、11.3%和11.2%;其应变值分别下降23.4%、12.6%、12.7%和14.4%。颊舌向加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降19.23%、7.77%、5.2%和3%;其应变值分别下降18.2%、23.6%、10.5%和12.9%。种植体骨界面应力值在长度从6mm增加到8mm时下降最明显,尤其是颊舌向加载时。种植体骨界面应变值也是在长度从6mm增加到8mm及8mm增加到10mm时下降最明显。结论　种植体长度的增加能降低骨界面应力和应变值,呈负相关关系;但只在长度从6mm增加到8mm时应力值降低才较明显。这提示临床上尽量不要采用长度为6mm的种植体,并应适当地选择足够长度的种植体。     

骶髂关节解剖型钢板的全骨盆三维有限元模拟

目的在高度仿真的完整骨盆三维有限元模型基础上,模拟使用新设计的解剖型钢板对骶髂关节骨折脱位进行固定,并与普通钢板的模拟固定进行对比,验证和分析新型钢板的性能.方法从CT精确重建髋骨和骶骨模型,采用专门的半自动流线型生物力学有限元网格划分器生成规则的体网格模型,并进一步建立骶髂关节的终板、软骨、关节接触面,和骨盆上的主要韧带组织及耻骨间盘.然后去掉一侧的骶髂关节韧带群模拟骨折脱位,使用新型的骶髂关节解剖型棒-板内固定系统进行固定模拟,同时使用普通钢板替代解剖型钢板建立对比模型,分别进行加载分析受力情况.结果通过使用新的解剖型钢板改进棒一板内固定系统,骶髂关节的最大相对位移值减小了约23%,骨盆主要传承负载区域的最大的应力值降低了约25%.结论新型的解剖型钢板有效地提高了骶髂关节棒-板内固定系统的力学性能,为骨盆骨折的治疗增加了一种更有效的新方法.     

平面力推拿揉法与腰椎间盘生物力学关系的有限元分析

目的通过腰椎三维有限元建模方法,研究平面力推拿揉法对腰椎间盘生物力学的影响。 方法选取1例女性健康受试者,采用Somatom Sensation16型螺旋CT扫描机采集数据,进行精确三维分割与模型重建,生成正常人体L3～S1节段独立的三维实体模型,结合解剖知识构建肌肉实体模型后,采用专用生物力学软件建立L3～S1节段腰椎三维有限元,根据推拿揉法的作用规律,按循环旋转方向在L4和L5棘突的外部肌肉处施加平面作用力50N,观察腰椎间盘纤维环和髓核的变化。 结果在推拿揉法的左右摆动作用下,纤维环和髓核在水平方向上产生一定的循环旋转运动,运动的主要趋势是向椎间盘的中部及周边集中,髓核水分也向中部及周边聚集,椎间盘内密度发生变化,中部及周边密度增高。整个模型中骨皮质的应力分布较为均匀,说明推拿揉法的力传递过程在很大程度上依靠腰椎实体肌肉的协同和拮抗作用,L4-5椎间盘的纤维环和髓核应力分布显示椎间盘中部及周边的两侧应力较大。 结论在平面力推拿揉法作用下,腰椎纤维环和髓核向椎间盘中部及周边集中,椎间盘中部及两侧的应力较大。     

髋关节发育不良髋臼假体位置与稳定的三维有限元分析

目的：利用三维有限元仿真的方法,研究全髋关节置换术治疗成人髋关节发育不良时3种不同髋臼假体位置与髋臼假体初始稳定的相关性,为临床手术操作提供参考依据。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扫描数据中,建立高度仿真的个性化髋骨三维有限元模型,并模拟在真臼位置安放髋臼假体的解剖位重建、将髋臼内壁打磨穿透内移的中心化重建、和在真性髋臼上方假臼高位重建3种常见的临床手术方案,模拟不同臼杯假体位置对全髋关节置换术后髋臼假体稳定的影响。结果髋臼假体在真臼位置安放的解剖重建,出现应力集中和大剪切应力的可能性最小,穿透内移安放的模拟应力分布略高于真臼重建,而在假体上移高位安放的模拟则出现预测应力大幅增加。结论成人髋关节发育不良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稳定性。     

下颌骨各向异性材质模型对种植牙有限元分析的影响

目的 建立含螺纹种植体各向异性的完整下颌骨有限元模型,研究各向异性材质模型模拟对牙种植体有限元分析的影响.方法 采用薄层CT扫描和自主开发的软件分别建立各向异性和等效各向同性的完整下颌骨三维有限元模型,其中在后牙区植入两枚牙种植体,分析在颊舌向、斜向加载时,种植体-骨界面主应力和主应变值的变化.结果 在各向异性下颌骨模型中,除骨皮质第一最小主应力减小6.3%～7.6%和骨松质第三最小主应力减小8.7%～46.0%外,骨界面绝大多数主应力和所有主应变值均大于各向同性;骨皮质主应力增加2.1%～74.1%,主应变增加4.7%～57.3%;骨松质主应力增加10.3%～71.4%,主应变值增加19.5%～63.4%,而且骨松质应力的增加比骨皮质明显.结论 下颌骨种植牙有限元分析时,下颌骨各向异性模拟会明显影响骨界面应力和应变值,并以增加为主.在生物力学研究中应更注重下颌骨各向异性的材质力学特性.