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高速后碰撞时人体上颈椎的有限元分析
背景:高速公路事故逐年上升,容易受到伤害的便是颈部.有限元分析可以很好的探究颈部损伤的力学机制.目前国内外现阶段更注重模型的优化和低速碰撞工况,少有颈部损伤和颈椎拉压应力之间关系的研究.目的:探究高速后碰撞下人体颈椎的损伤的力学机制,对颈部损伤时椎骨Von Mises应力和轴向压应力进行对比分析.方法:建立了一个包括颈椎骨、椎间盘、韧带、肌肉、小关节等组织的人体上颈椎模型.在前碰撞志愿者实验数据的基础上对模型进行了验证.运用有限元方法完成了对高速(80,120,160 km/h)后碰撞下颈椎的动力学响应.结果与结论:①经过模拟及验证表明,建立的上颈椎模型具有较高的生物仿真度,可以用于颈椎损伤研究及交通事故中各部位损伤的研究;②高速后碰撞下,速度越大,颈椎受到的损伤越严重,C1-C4中 C4的应力大,受到的伤害大;③用轴向压应力来判断松质骨是否发生破坏要比von-mises应力更有说服力;④在高速后碰撞下,椎骨相互之间发生错位,尤其是超出高速公路限制120 km/h后,椎骨之间错位严重,极有可能出现关节分离和骨折等情况,造成颈椎内部神经等损伤.
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金合金桩核冠修复下颌第一磨牙两壁缺损的三维有限元分析
背景：牙本质缺损的位置可能会影响牙根应力分布。
目的：对金合金桩核全瓷冠修复的根管治疗后两壁缺损下颌第一磨牙进行三维有限元应力分析，为临床治疗方案的选择提供理论指导。
方法：通过牙科CT扫描，提取数据，MINCIS软件进行三维重建，GEOMAGIC转换曲面，ANSYS布尔运算建立下颌第一磨牙两壁缺损金合金桩核全瓷冠修复6种模型。在4种载荷下，分别比较牙本质Mohr应力分布及牙本质大Mohr值。
结果与结论：下颌第一磨牙6种缺损模型在金合金桩核全瓷冠修复时，牙根应力分布及大应力差异无显著性意义。结果证实，金合金桩核全瓷冠修复时，下颌第一磨牙牙冠两壁缺损时，牙壁缺损的位置对修复效果无明显影响。 -
冷牙胶侧向加压与热牙胶垂直加压法充填后根管壁应力比较分析
目的 分析冷牙胶侧向加压与热牙胶垂直加压法充填后根管壁应力及其与牙本质裂纹发生的关系.方法 选取2011年4-6月于哈尔滨医科大学附属口腔医院口腔外科门诊因正畸需要或牙周病原因新鲜拔除的人完整单根管离体牙40颗,采用冷牙胶侧向加压法、热牙胶垂直加压法分别对单根管前磨牙进行根管充填.应用医学3D图像编辑处理软件提取根管充填后的牙胶形态,通过特定有限元分析软件计算根管壁应力及其位置,并且分别在距离解剖根尖3、6和9 mm处通过图像分析软件观察牙胶形态和牙本质裂纹.结果 冷牙胶侧向加压法的牙本质裂纹明显多于热牙胶垂直加压法,所产生的根管壁应力也高于热牙胶垂直加压法.结论 冷牙胶侧向加压法的根管壁应力高于热牙胶垂直加压法,并且易造成牙本质裂纹.
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斜向载荷下下颌Kennedy Ⅰ类缺失冠外附着体义齿支持组织应力分析
目的 探讨斜向载荷下采用不同基牙数目时下颌后牙双侧游离缺损冠外附着体义齿支持组织的应力分布情况"方法2005年选取一成年健康男性志愿者的头部CT(取下颌牙槽骨部分)和离体尖牙、第一双尖牙、第二双尖牙、第一磨牙、第二磨牙的CT扫描图片.建立下颌Kennedy Ⅰ类牙列缺损冠外附着体义齿修复的三维有限元模型,分析在斜向载荷作用下采用不同基牙数目时,基牙牙周组织及缺牙区牙槽嵴的Von Mises应力分布.结果 斜向栽荷下,末端基牙牙周膜应力集中区主要位于颊舌侧的牙颈部,随着基牙数目的增加,基牙牙周组织及缺牙区牙嵴的大应力值都呈下降趋势,基牙由1颗增加至2颗时,应力明显下降,当基牙增加至3颗时.应力的下降量明显减少.结论 在下颌游离缺损修复中,斜向载荷下冠外附着体义齿支持组织应力的减少与基牙数目的增加不完全成比例,在临床上应根据具体的情况确定联合基牙的数目.
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不同防旋转基台设计对种植义齿应力分布影响的三维有限元分析
目的 比较不同防旋转基台设计对种植义齿应力分布的影响,为优化种植体结构设计与临床应用提供参考.方法 参考韩国Dentium系统,应用Solidworks软件建立三角、六角和八角防旋转基台的种植体三维有限元模型,利用ANSYS Workbench 14.0有限元分析软件分析垂直与斜向45°载荷下3个模型种植体及上部结构与周围骨组织的Von Mises应力分布与应力峰值情况.结果 垂直载荷条件下,基台、连接螺丝、种植体及周围骨组织所受应力较小;不同的基台设计下,随着角的增多,种植体应力出现增大的趋势,连接螺丝的应力出现减小的趋势,密质骨与松质骨的应力差异不大;六角基台模型与八角基台模型的基台应力分布更均匀,六角基台模型应力峰值较小.斜向载荷条件下,各结构应力较垂直载荷变大;随着角的增多,种植体与基台的应力出现增大的趋势,连接螺丝的应力出现减小的趋势,密质骨与松质骨的应力差异不大,与垂直载荷下结果相似.结论 三角基台设计与六角基台设计可能更有利于减少种植体、基台及周围骨所受应力,八角基台设计可能有利于减少连接螺丝所受应力,六角基台设计的应力分布较其他两种设计更均匀.
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有限元方法及其在口腔医学中的应用
有限元分析法是一种从工程数学分析发展起来的求解连续介质力学问题的数值分析方法,它与电子计算机技术相结合,能够有效的对结构性能较为复杂的物体进行应力分析.其原理是将连续的弹性体分割成有限个力学单元,以其结合体来代替原弹性体,并逐个研究多个单元的性质,从而获得整个弹性体的性质[1].这一方法的数学理论基础由Afgris于1954年提出.1956年,Turner等首次将有限元法应用于航空航天工业并获得成功.随后Clough等于1960年明确提出有限元方法(Finite Element Method,FEM)的概念[2].
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自然牙根和种植体联合支持的磁性附着体覆盖义齿应力分析
目的：研究自然牙根和种植体联合支持的磁固位全口覆盖义齿不同受力状态下支持骨的应力分布，为临床修复设计提供参考。方法：采用CT技术、计算机图像处理系统及 Solidworks有限元软件，根据自然牙根与种植体不同位置，放置3对磁性附着体，建立3组下颌覆盖义齿的三维有限元模型，其中模型Ⅰ种植体在磨牙区，模型Ⅱ种植体在两侧，模型Ⅲ种植体在一侧。在不同的应力加载下对3组模型中自然牙和种植体颈部骨应力进行计算，对比和分析。结果：模型Ⅱ斜向加载下后牙区种植体周围骨应力较模型Ⅲ增加明显。斜向加载较垂直加载的支持骨应力均有增加，其中模型Ⅰ中的后牙区种植体周围骨应力增加约30％，模型Ⅱ增加约43％，模型Ⅲ增加约55％。结论：当口内仅余留1个自然牙根时，至少应增加2个种植体作为基牙，且这2个种植体应位于牙弓的两侧，即一侧前牙区和另一侧的后牙区。磁性附着体的结构比其他类型的附着体能更好地防止侧向力对基牙的损害。
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单端固定式下颌骨修复体的应力分析
目的:针对包括一侧髁状突的下颌骨缺损,通过有限元应力分析,了解单端固定式下颌骨修复体在功能运动时的受力与变形规律,以期寻求更加合理的修复体的设计和固定方式.方法:建立下颌骨断端和修复体的简易三维模型,模拟咀嚼运动,施加垂直方向载荷,进行有限元法应力分析,计算出该模型各组成部分的应力分布和受力变形.结果:在该模型加载时,延伸板基部和近断端处上部的螺钉颈部是应力集中的部位,近断端处下部的螺钉颈部和修复体的远端舌侧为形变大的部位.结论:单端固定式下颌骨修复体在加载时,延伸板的基部和靠近断端的固定螺钉是应力集中的部位,修复体远离固定的一侧是变形大的部位,提示我们应将延伸板形态设计为尽可能加宽,并应增加下颌骨下缘处的固定,使修复体与下颌骨断端受力更加合理,变形也尽可能缩小.
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不同嵌体修复MOD洞型的三维有限元分析
目的:建立近中一合面一远中(MOD)洞型嵌体修复下颌第一磨牙的计算机三维实体和有限元模型,并进行初步应力分析.方法:通过螺旋CT扫描,利用Mimics、Geomagic Studio 7等图像处理软件建立第一恒磨牙的云纹点模型,通过UG软件建立下颌第一恒牙的三维几何模型,通过有限元软件ABAQUS进行网格划分,并在MSC.MARC有限元软件中建立下颌第一磨牙三维有限元模型.结果:建立起包含牙釉质、本质、髓腔以及牙槽骨的精细下颌第一磨牙三维有限元模型.结论:将CT扫描技术、数字图像处理技术与有限元方法结合起来,建立出高精度的下颌第一磨牙MOD洞型的三维有限元模型,为MOD洞型采用嵌体修复提供了研究手段.
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近中移动下颌第二恒磨牙的三维有限元分析
目的了解下颌第二恒磨牙不同载荷下近中移动时的位移及应力分布情况.方法在建立的下颌第二恒磨牙及其牙周组织的三维有限元模型牙体部分,相当于颊面管的部位模拟加力,以及模拟颊舌侧同时加力的情况,计算和分析牙体各个部位的应力分布情况.结果牙体平行移动时(M/F为8∶1),其应力分布比较均匀.在加力点处,牙体颈缘处及根分叉区应力比较集中.根尖部位没有高应力集中.结论下颌第二恒磨牙近中移动时,颊舌侧同时加力并且施加适当的近远中向的力矩,有利于牙齿的整体平行移动.
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体外血管内皮细胞培养装置中弹性基底的应力研究
目的 对一种体外血管内皮细胞动态培养装置中弹性基底的应力情况进行研究,使装置更接近人体血流动力学环境,实验并观察不同张应力情况下平行平板流动腔中弹性基底切应力的变化.方法 采用一系列静态拉伸试验拟合动态拉伸的情况,即将两种不同厚度硅胶片置于装置中,从0％开始,分别以每次间隔10％拉伸率做静态拉伸(0％、10％、20％、30％),并在保持其拉伸率不变的情况下,计算硅胶片拉伸后的腔体高度.通过计算切应力得到不同拉伸率下的切应力曲线,分析比较切应力随硅胶片厚度变化的规律.结果 实验结果与理论分析基本一致.当拉伸率为30％时,0.5 mm厚度硅胶片随拉伸率的变化(腔体高度的变化),对平行平板流动腔中切应力会产生一定影响,平均和大切应力分别减小10.1％和10.4％.结论 计算平行平板流动腔中切应力必须考虑引入张应力后弹性基底厚度变化所引起的影响因素.研究结果可为体外血管内皮细胞的培养以及设计研制新型平行平板流动腔提供实验技术.
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分体螺旋式人工股骨头置换后应力分析的对比性研究
目的:进一步论证分体螺旋式人工股骨头置换的合理性.不但符合生物力学原理,而且置换固定牢固、初始稳定性好,有优越的生物力学特性.方法:利用9具新鲜成入股骨头标本,用三种不同人工髋进行实验应力分析,进行对比性实验研究.结果:证明分体螺旋式人工股骨头在应力分布、界面应力、应力遮挡率.初始微动等生物力学特性上优于珍珠状面假体和钢制人工髋,均具有显著性差异(P<0.01).结论:分体螺旅式人工骨头置换髋关节不但应力分布合理,固定牢固,而且具有高度稳定性,不容易引起假体松动或断裂,比其它人工假体置换占有一定的优势.
关键词： 分体螺旋式人工股骨头 髋关节置换 应力分析 -
基牙数目对游离端附着体义齿支持组织应力分布的影响
目的 探讨不同基牙数目下,下颌双侧游离缺损冠外附着体义齿支持组织的应力分布情况.方法 建立下颌Kennedv Ⅰ类牙列缺损冠外附着体义齿修复的三维有限元模型,分析在垂直载荷作用下采用不同基牙数目时,基牙牙周组织及缺牙区牙槽嵴的von Mises应力分布.结果 末端基牙牙周膜应力集中区位于远中的牙颈部,牙槽嵴的高应力区主要位于牙槽嵴顶的近远中两侧.随着基牙数目的增加,基牙牙周组织及缺牙区牙嵴的大应力值都呈下降趋势,应力分布趋于均匀.当基牙数目从1颗增加到2颗时到再增加到3颗时,牙周膜的大应力约呈等梯度下降,而基牙牙槽骨和牙槽嵴的下降量则明显减少.结论 在下颌游离缺损修复中,冠外附着体义齿支持组织应力的减少与基牙数目的增加不完全成比例,在临床上应根据具体的情况确定联合基牙的数目.
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寰椎骨折的生物力学分析
目的采用有限元方法,预测寰椎在不同位置条件下寰椎应力的分布,并以此推断可能出现的寰椎骨折类型.方法构建寰椎三维骨性结构,分析寰椎在中立、屈曲、后伸三种位置下应力分布状况.结果寰椎高应力在中立位时,出现在寰椎前部和双侧椎弓根;屈曲位时,分布在寰椎前部;后伸位时,存在寰椎前弓和双侧椎弓根.结论寰椎前弓和前结节交界处、前弓和侧块交界处、后弓和侧块交界处、后弓和后结节交界处是应力较为集中的部位,也是寰椎骨折容易发生的部位.骨折部位和骨折类型与寰椎损伤时所处的位置、寰椎几何形状、外力的方向以及寰椎的力学特征密切相关.
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正畸力作用下尖牙移动过程的动态模拟及其牙周组织的应力分布
对错（牙合）畸形的矫治主要通过矫治器对错位牙施以矫治力,使错位牙得到矫正,从而恢复和重建平衡的牙合受力关系.通过对正畸力作用下牙体、牙周组织及牙槽骨的力学性质研究,对研究牙移动有重要的指导意义.牙移动的应力分析在国内外都有较多的研究报道,但是目前牙移动的应力分析都局限于静态加载状态的应力分析,与临床正畸治疗中的实际情况有较大出入.临床正畸治疗中的牙移动是一个持续的、动态的过程,正畸治疗中牙齿的受力也是持续的并随着牙齿的位置的改变(牙移动)而发生变化,牙齿的应力状态是动态变化的.
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一体化小腿假肢的三维有限元应力分析
一体化假肢是以高分子聚合物为材料,从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢;而传统型假肢的假腿往往是一根金属杆,接受腔和金属杆之间用金属连接件连接.很明显,一体化假肢比传统型假肢更经济、美观、轻便,具有较大的研究价值,但目前一体化假肢还只是一个概念,尚未批量应用于临床.近,一些学者和机构开始致力于一体化假肢的研发,但尚未涉及对一体化假肢的应力分析.由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异,因此对一体化假肢进行应力分析具有重要的意义.有限元方法已广泛应用于假肢领域,故本研究采用有限元方法对一体化假肢进行应力分析.
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足部骨骼的三维应力分析
传统的足部应力分析多采用实验和力学模型的手段.但是通过这两类方法得到的结果往往局限于足底的压力分布模式,或足部一些特殊结构,如足底腱膜,韧带等的生物力学特性,无法得到足部骨骼的整体应力分布情况.然而,应用有限元分析的方法,通过对足部骨骼建立三维真实模型,可以得到足部骨骼的应力分布情况,为了解一些足部疾病的病理和防治足部疾病提供有用的信息.
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不同受力方式下上颌第一磨牙牙槽骨应力分布的有限元分析
目的 利用有限元的方法研究上颌第一磨牙在牙齿矫治过程中不同受力方式牙槽骨应力分布的特点.方法 应用三维激光扫描的方法建立上颌第一磨牙、牙周膜、牙槽骨及颊面管的有限元模型,进行不同方式的加载并观察牙槽骨及其各个截面的应力分布.结果 牙齿在单一水平力和垂直力作用下,上颌第一磨牙牙槽骨在牙颈部和根部分叉处出现应力集中;牙齿趋于整体移动时,上颌第一磨牙牙槽骨处于均匀的低应力分布,各应力都小于倾斜移动或旋转移动时的应力,牙槽骨的应力在根分叉平面稍大.结论 不同受力方式下,上颌第一磨牙牙槽骨在牙颈部平面或根分叉平面应力大,临床上应注意观察这些部位的变化;整体移动更有利于牙齿及牙周组织的健康.
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基于CT标准格式文件建立上颌第一磨牙有限元模型
目的建立精确的上颌第一磨牙三维实体有限元模型,分析牙体各部位的应力分布.方法利用正常成人上颌第一磨牙螺旋CT的DICOM格式数据,通过特定的程序计算建立牙齿三维有限元实体模型;在该模型上模拟牙咬(牙合)情况分别进行垂直、侧向和垂直侧向混合加载,计算出牙体各部位的应力和位移.结果上颌第一磨牙在侧向和混合受力时,应力大值出现在加载处和与侧向力同向的牙体颈部,大小相当,混合受力时(牙合)面边缘部分应力消失;垂直受力时,应力大值出现在加载处.结论本研究的建模方法几何形状较准确,并且能简捷有效的应用有限元方法进行牙齿各部位的应力分析.
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末端游离缺损修复体的固位方式介绍
末端游离可摘局部义齿是常见的牙列缺损修复类型[1],此类义齿的设计多采用基托下组织与基牙共同支持方式,其特点是义齿的负荷由两种组织共同承担:基牙承受相对不活动的支持,和牙槽嵴及其上覆盖的软组织所提供的支持[2,3].由于两种支持组织的压缩系数各不相同而造成承受力分布不均,因此在修复设计时要尽力使修复体既恢复缺损外形又能恢复生理功能,而且考虑修复体要符合生物学原则,符合机械力学或工程学的基本规律.近年来,国内外学者根据上述各种因素提出了各种修复方式,本文将末端游离可摘局部义齿的固位体、连接体设计与应力分析综述如下.
