三种三维有限元建模方法在跟骨模型建立中的应用和比较

目的分析和比较不同三维有限元建模方法在生物组织模型建立过程中的应用。方法基于同组的序列CT图像,使用直接法、间接法和两种方法相结合的思路分别建立跟骨的三维有限元模型,并对3种模型在相同条件下进行简单加载计算。结果直接建模法生成的跟骨三维有限元模型具有31386个节点,115646个单元,间接法生成的跟骨三维有限元模型具有22832个节点和15403个单元。直接与问接结合的方法所得模型包括13050个节点和46654个单元。3个模型计算结果表现为应力分布规律基本相同,局部有差异,并在应力大小上有较大差异。结论模型表面的粗糙程度和材质赋予的形式对模型的计算结果有较大影响。不同建模方法具有不同的适用领域,为满足医学研究需求,认为两种方法的相互借鉴将推动计算生物力学的发展。     

生物医学工程中的散斑计量法应用

散斑计量法是60年代诞生的实验力学中光测力学的一种，迄今已经得到了很大的发展并在工程各学科领域（包括生物医学）中获得了广泛的应用。本文作者对散斑计量法的缺本原理及特点进行了阐述，并分别对散斑照相法、散斑干涉法、电子散斑干涉法、数字散斑相关法和生物散斑法等散斑计带的主要方法及其在生物医学工程领域中应用的发展和现状作了作了概要的介绍。     

天鹅型记忆接骨器治疗肱骨骨折和骨不连的三维有限元分析

目的：研究天鹅型记忆接骨器（SMC）治疗骨折和骨不连及其产生的动态记忆应力促进骨愈合的生物学基础。方法：利用计算机仿真三维有限元技术,对SMC固定肱骨的生物力学行为进行模拟,接骨器有限元模型共划分了3487个单元,节点数为5397,单元采用20节点四面体三维砖块单元;肱骨有限元模型共划分5783个单元,节点数9863,单元采用10节点四面体三维单元,结果：接骨器固定肱骨后其内表面受拉力,外表面受压力,变形最大的加压部第一结构主应力最大值分别为224．5MPa和－34MPa,远小于其极限应力与疲劳极;其维持轴向的动态记忆持骨力为125．05N,纵向动态记忆加压力196N,被固定肱骨应力分布均匀,各节点所受应力主要为正应力。结论：SMC有良好的耐疲劳与重复使用性,其固定后产的动态记忆加压应力场,有利于固定肱骨的稳定并促进骨愈合。     

数字标记点质心跟踪法在骨盆位移测量中的应用

目的:评价数字标记点质心跟踪法在骨盆位移测量中的可靠性.方法:选择健康成人尸体骨盆标本6例,保留主要的韧带和关节囊,骨盆关键部位粘贴标记点;双足站立位,0～500 N垂直分级载荷下,CCD采集骨盆形变图像;基于Image J软件,采用数字标记点质心跟踪法测量冠状面上S1椎体的垂直位移及矢状面上骶骨相对于髂骨的角位移.结果:骨盆形变前后标记点图像具有良好的相关性,相关系数达到0.983;相对误差达到1.11‰.双足站立位,骨盆垂直载荷-位移曲线基本呈线性变化;侧位观察,骶骨相对于髂骨呈现屈曲运动,其载荷-角位移曲线呈非线性变化.500 N垂直载荷下,S1椎体垂直位移为(0.835 6±0.283 0) mm,骶骨相对于髂骨的角位移为(0.584±0.221)°.结论:基于Image J软件数字标记点质心跟踪法用于测试骨盆的位移,其测试方法简单、测试精度高,在生物力学上可以得到很广泛的应用.     

正常人膝关节三维有限元模型的建立

目的 在膝关节MRI基础上建立膝关节三维有限元模型,探讨对半月板及软骨建模的效果.方法 对MRI图像进行处理和转换,在逆向工程理念下,建立膝关节三维有限元模型.结果 建立了包括膝关节所涉及的几乎所有骨骼、软骨、半月板和韧带等基本力学结构的模型,模型形态逼真,能在力学性质上很好地模拟膝关节.结论 MRI基础上建立的有限元模型可较真实地模拟膝关节的几何结构,逆向工程理念在膝关节三维有限元模型建立方面具有可行性和创新性.     

不同体位骶髂关节周围韧带应力分布的三维有限元研究

目的　研究在不同体位骶髂关节周围韧带的应力分布与作用。方法　建立骶髂关节与骨盆的三维有限元模型 ,模拟单腿站立位、双腿站立位和坐位等三种工况 ,计算关节周围韧带的应力分布。结果　坐位、双腿站立位和单腿站立位三者中 ,以单腿站立位时骶髂关节周围韧带的应力值为大 ,坐位时骶髂关节周围韧带应力最小 ,提示坐位有利于骶髂关节的休息 ,而单腿站立位易造成骶髂关节的疲劳。结论　本研究结果提示骶髂关节周围的韧带通过提高张力水平 ,在维持关节的不同体位、阻止脱位的趋势方面具有重要意义     

齿状突骨折对寰枢关节稳定性的影响

报告了对6具新鲜尸体的枕颈部骨韧带标本通过截骨术复制成齿状突Ⅱ型骨折的模型,采用生物力学方法测量了寰枢关节的三维运动范围。结果表明,齿状突骨折对寰枢关节的影响主要表现为后伸及侧屈运动范围增大,分别由正常的21.50°和7.25°增至45.42°和20.81°,增加了52.7％和65.1％,与正常相比均有显著性差异(P<0.01)。实验结果提示,齿状突骨折导致的寰枢关节不稳主要表现为后伸和侧屈运动,治疗应以恢复齿状突的完整性和增加寰枢关节的稳定性为重点。     

Clinical significance of three dimensional finite element analysis on humerus fracture

Objective: To treat humerus fracture with three dimensional pattern and finite element analysis, providing mechanical basis for treating humerus fracture. Methods: Humerus pattern was established based on the CT images, and calculation was done by ANSYS5. 6 software. Three dimensional ten-node tetrahedron unit was selected and were divided into 2 729 nodes, 49 041 units. Distribution and amount of axial compression of humerus were analyzed when clip angle was 30°, 45°, 90° between fracture face and axial line with fixed X, Y, Z directions. Results: The distribution of stress was greatly different between fracture face and non fracture face. Stress in fracture part was fairly concentrated with incomplete symmetric distribution around the center of fracture face; Greater stress distributed in the regions 10 mm from fracture face, which was 2-3 times that of other stress regions. Conclusion: Required load must be estimated under various conditions as to select the suitable internal fixation implants dur     

小肠黏膜下基质弹性模量的测定

目的对新型的生物衍生支架材料小肠黏膜下基质(small intestinal submucosa ,SIS)的弹性模量进行测定.方法用材料实验机对3只犬的21个SIS样本(每只犬各取7个)进行力学测试.沿管腔纵轴剖开SIS管壁,平行于管腔纵轴拉伸.经预调处理后进行正式拉伸实验,直至组织拉断,拉伸速度为5 mm/min,测试温度为常温.结果 21个样本测试后得到了应力-应变曲线,采用幂指函数σ＝Kεα对应力-应变关系进行拟合,拟合曲线的平均相关系数R2达到0.991 6,得到弹性模量表达式E=K1/ασ1-1/α.由实验得到α、K的平均值为3.966 9和374.550 0,由此得到E=4.399 2 σ0.75.结论弹性模量随应力增加而增加,变化规律与血管弹性模量变化规律一致.当σ取0.013 3 MPa(100 mmHg)时,SIS的弹性模量约为0.160 0 MPa,与血管的弹性模量相似.