首页 > 文献资料
-
上颌骨三维有限元建模方法的研究进展
在口腔医学研究领域中,颌骨生物力学分析已逐渐成为有限元研究的焦点,而建立三维有限元模型也成为有限元分析的关键技术,尤其是上颌骨模型的重建,其不规则的形态和复杂的结构对有限元模型的建立增加难度和挑战.随着现代各项科技领域技术的发展和众多学者的研究与探讨,三维有限元建模方法经历了一步步改进和探索.本文对上颌骨建模的不同方法进行总结和梳理,并展开综述.
-
下颌骨截骨整形手术三维有限元模型的建立
目的：在下颌骨截骨的整形手术中建立下颌关节三维有限元模型，并对其应用情况进行观察与分析。方法选取颅颌面系统表现正常的女性青年志愿者作为研究对象，采用薄层CT对其进行断层扫描，并以此得到DICOM格式的文件，再通过Ansys以及Mimics软件进行建模，采用仅受拉的Link10单元模拟下咀嚼肌以及下颌韧带的约束，在对关节窝进行约束时采用接触单元的方法。结果成功地建立了包括颞下颌关节、韧带以及肌肉在正常下的颌骨三维有限元模型，并且能够根据实验的不同设计建立不同的实验分模型。结论使得模型的相似性有了极大的提高，为下一步对颌角截骨的整形生物力学的研究奠定了一定的基础。
-
基于CT图像的人体股骨上段有限元模型的建立
目的 建立人体股骨上段三维有限元模型,从几何上完全忠实于真实的解剖结构,作为今后对股骨进一步有限元分析的基础.方法 采用活体股骨上段为研究对象,应用CT扫描技术获取CT图像资料,运用三维图像重建软件3D-doctor进行图像重建,获取股骨上段三维坐标,输入有限元分析软件Cosmos/M,通过确定材料特性参数和网格化,建立完整的股骨上段三维有限元模型.结果 建立的三维有限元模型几何形状与材料特性还原良好,网格大小可根据研究者的需要在一定范围内自行调整,可以满足有限元分析的需要.结论 采用CT扫描资料建立股骨三维有限元模型切实可靠,可以大限度地忠实于个性化的解剖结构,且利用这种方法可以更精确地模拟复杂几何形态的实体.
-
颈椎间盘退变对颈椎生物力学影响的有限元研究
目的 通过创建颈椎间盘退变三维有限元模型,探讨颈椎间盘退变对颈椎生物力学影响.方法 医护人员改变椎间盘相关参数,依次创建轻度、中度、重度椎间盘退变模型,在45N垂直荷载作用下,依次对上述三种有限元模型及正常椎间盘有限元模型进行生物力学测试,对不同模型的生物力学参数进行比较.结果 在刚度值、椎间盘轴向位移、膨出位移、相对位移、关节突接触力、轴向应力、水平应力、髓核内压方面,组间比较差异均有统计学意义(P＜0.05).结论 当椎间盘出现轻度退变时,颈椎稳定性会随之降低,出现中度退变、重度退变时,会重新获得颈椎稳定性.
-
掌向拉伸力作用下腕管的三维有限元分析
腕管综合征是腕部正中神经受到卡压而引起的一种神经病症.目前对腕管综合征的生物力学研究大都集中在对尸体标本的实验测试与测量方面,而少数数值模型则单独集中在对腕骨的载荷传递及应力分析方面,缺乏针对整个腕管结构的三维有限元建模.本研究从生物力学角度,建立了基于CT扫描图像数据的腕管三维有限元模型,首次立体构架了包括腕骨、腕横韧带和腕骨间韧带在内的三维实体腕管管道模型,计算并分析了掌向拉伸力作用下腕横韧带和腕管典型截面的变形情况.通过与前人文献数据相对照,证明本模型能够对腕管的生物力学研究提供较为准确的理论数据,从而对腕管综合征的临床诊断、临床手术以及术后康复等具有一定的指导意义.
-
颧骨复合体骨折固定三维有限元模型的力学分析
目的 分析颧骨复合体骨折不同固定方式下功能负载时颧骨体上的应力分布情况,结合临床对各种固定方式进行评价.方法 在颧骨复合体骨折固定三维有限元模型上,加载模拟咀嚼肌及表情肌牵拉力,应用ANSYS软件分析7种不同固定方式下颧骨体上的应力分布情况.结果 单点固定时颧骨复合体上的应力主要集中在固定钛板周围,两点、三点固定时颧骨复合体上的应力进一步分散.结论 采用单点、两点或三点固定颧骨复合体都有获得稳定固定效果的可能.采用何种固定方式常结合颧骨体复位的手术入路决定,以小手术创伤获得稳定固位效果为原则.
-
人工髋关节假体三维有限元模型构建及其生物力学意义
目的 介绍全髋关节置换术三维有限元模型的构建,并通过有限元分析探讨相关的生物力学意义.方法 采用功能强大的有限元构建分析软件Solid Works 2006,通过对髋关节假体结构进行拆分,分别将4个部分构建后生成体积进而建立全髋关节假体的三维有限元模型,利用COSMOS Works 2006软件进行计算,采用完全程序自动划分方法,共划分17 195个结点、11 062个单元,分析模拟坐立位腿交叉动作载荷,髋关节假体的应力分布情况.结果 所构建的人工髋关节假体三维有限元模型,逼真反映全髋关节置换术的真实几何形态及其生物力学.结论 人工髋关节假体三维有限元模型的构建,可以为进行髋关节置换术的生物力学行为以及进行假体优化设计相关力学基础研究提供精确模型.
-
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.
-
颈椎三维有限元模型的建立及意义
目的:建立颈椎(C4～C7)三维有限元模型,以期应用于临床实验研究.方法:根据正常中年女性CT与CT重建片,采用CAD数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C4～C7三维有限元模型.模型包括颈C4～C74个椎体、C4/5～C6/73个椎间盘以及后部结构与主要的5条韧带.共2178个三维固体20节点有限元结构.在1.8Nm作用力下,观察节段运动与力-位移反应.对比国内外的实验结果进行检验.结果:生物力学实验结果与以往实验模型结果基本相符.结论:所建立的颈椎三节段有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验.
-
下颌单侧后牙游离端缺失种植固定桥三维有限元模型的建立
目的:探讨建立下颌单侧后牙游离端缺失种植固定义齿三维有限元模型,为这类设计的种植固定桥生物力学研究提供数学模型基础.方法:利用ATOS流动式光学扫描仪技术和Imageware软件,CATIT软件的实体建模技术,结合ABAQUS有限元分析软件建立不同位置种植体支持固定桥的三维有限元模型.结果:成功建立了具有良好几何相似性的三维有限元模型.结论:将ATOS流动式光学扫描仪技术、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有效可行的,可提高模型的仿真性和建模的高效性.
-
建立下颌第一二磨牙缺失三基牙双端固定桥修复三维有限元模型
目的:建立下颌第一磨牙和第二磨牙缺失三基牙双端固定桥的三维有限元模型,为其力学分析提供数字模型.方法:采用螺旋CT扫描获得断层图像,用Mimics软件进行三维重建,导入Ansys软件中建立下颌第一磨牙和第二磨牙缺失三基牙双端固定桥的三维有限元模型.结果:建立的有限元模型包括牙齿、修复体、牙周膜和牙槽骨,共4260835个单元和739986个节点.结论:该模型有较好的力学和几何学相似性,可用来进行固定桥修复的生物力学研究.
-
唇、腭向倾斜上中切牙桩核冠修复有限元模型的构建
目的:建立唇、腭向不同倾斜角度上颌中切牙经纤维桩、树脂核和全瓷冠修复后的三维有限元模型.方法:对完整上颌中切牙、预备后牙体和纤维桩进行Micro-CT扫描,结合Mimics、Geomagic Studio、SolidWorks 和Abaqus软件建立三维有限元模型.结果:通过Micro-CT扫描结合Mimics、Geomagic Studio、SolidWorks 和Abaqus软件,建立了上颌中切牙在0°冠根夹角及向唇侧或腭侧倾斜10°、20°、30°时纤维桩核冠修复的三维有限元模型共7个.结论:本研究成功建立唇、腭向不同倾斜角度上颌中切牙经纤维桩、树脂核和全瓷冠修复后的三维有限元模型.
关键词： 纤维桩 上颌中切牙 倾斜 三维有限元模型 Micro-CT扫描 -
下前牙瓷贴面修复三维有限元模型的建立
目的:建立下颌中切牙及其瓷贴面粘接修复的三维有限元模型,为前牙瓷贴面修复的生物力学分析奠定基础.方法:用Micro-CT扫描离体牙,Mi mi cs软件读取断层影像数据、数据分割、三维重建,Geomagic软件精修,再运用Catia软件预备牙体并制作瓷贴面及粘接剂层,ANSYS workbench软件网格划分,后进行有效性验证.结果:准确地建立含有瓷贴面、粘接剂、牙釉质、牙本质、髓腔的下颌中切牙三维有限元模型,网格划分后共计771788个单元,551587个节点.经收敛试验验证所得模型在力学和几何学方面与实体组织具有高度的相似性.应力云图可见Von-Mises应力主要集中于舌侧牙颈及唇侧肩台部,应力峰值发生在肩台偏近中处.结论:应用Micro-CT扫描结合逆向工程软件MimicS、Geomagic,及造型软件Catia,有限元分析软件ANSYS workbench建模的方法快捷可行、准确度高.
-
硬腭骨膜下种植体支持的赝复体修复无牙上颌骨缺损有限元模型的建立
目的:为种植赝复体设计,建立硬腭骨膜下种植体支持的赝复体修复无牙上颌骨缺损的三维有限元模型.方法:利用Mimics软件读取CT数据并初步构建颅上颌3D模型,经逆向工程软件Geomagic拟合模型生成非统一有理B样条曲面,Pro-E软件生成种植体,终在Ansys中编辑装配完成并进行材料赋值和网格划分.结果:获得了由225、073个单元,76、682个节点组成的具有较高几何和生物相似性的目标三维有限元模型.结论:根据CT数据联合运用Mimics,Geomagic,Pro-E和Ansys软件,可以建立满意的复杂三维有限元模型.
-
骨皮质厚度及植入角度对支抗种植钉影响的三维有限元分析
目的:探讨不同骨皮质厚度和不同植入角度对支抗种植钉应力分布的影响及位移变化.方法:建立简单的颌骨及支抗种植钉的三维有限元模型,在不同的骨皮质厚度为0.5mm-3mm和不同的植入角度30°-90°下分别植入支抗种植钉(直径1.6mm、长8mm),在支抗种植钉的头部施加200g力,力的方向与骨面平行,得到模型中的应力和位移,并进行分析.结果:模型中颌骨大应力均发生在支抗种植钉的颈部,集中分布在1mm的深度范围内.随着骨皮质厚度的增加骨皮质应力减小,当厚度为0.5mm时骨皮质应力较大,从21.00MPa(植入角度70°)到37.88MPa(植入角度30°);骨皮质厚度为1mm时(除外植入角度为≤50°)应力<28MPa.植入角度对骨皮质应力变化影响较大,植入角度为60°、70°时应力较小.颌骨大位移发生在受支抗种植钉拉压的两侧,支抗种植钉大位移在其顶部,当骨皮质厚度为0.5mm时,支抗种植钉的位移大,当骨皮质厚度≥1mm时,骨皮质厚度的变化对位移的影响不显著,植入角度为70°时支抗种植钉位移小.结论:骨皮质厚度会影响骨皮质和骨松质的应力,临床植入支抗种植钉时应该避开骨皮质较薄的区域,植入区域骨皮质厚度应≥1mm.避免过陡的植入角度(≤30°),当植入角度为70°时支抗种植钉的位移小,可获得较好的初始稳定性.
-
磁共振影像颞下颌关节三维有限元模型的建立
目的:探讨在颞下颌关节区及下颌骨磁共振(MR)影像的基础上建立颞下颌关节三维有限元模型的可行性,观察对关节盘建模的效果.方法:在对颞下颌关节区和下颌骨进行MR扫描的基础上,应用图像处理和转换技术,运用ANSYS有限元程序建立颞下颌关节区包括下颌骨的三维有限元模型.结果:建成后的模型具有良好的形态,与关节区及下颌骨的MR三维图像均具有良好的相似性.关节盘具有较真实的形态位置.结论:在对关节区及下颌骨进行MR扫描及三维重建的基础上建立三维有限元模型是切实可行的,尤其对关节盘能进行真实模拟.
-
不同数目纤维桩修复上颌第一磨牙三维有限元模型的建立
目的:建立不同纤维桩数目修复上颌第一磨牙三维有限元模型,为进一步的生物力学分析奠定基础.方法:运用Mimics软件处理断层影像数据、三维重建,采用Geomagic软件分别创建烤瓷牙冠、金属基底冠、牙本质、纤维桩、树脂核、牙胶尖、牙周膜及牙槽骨的各个三维模型组件,完成NURBS曲面拟合,运用Solidworks软件对各个组件实体化,运用Abaqus有限元分析软件对各组件进行装配,完成网格划分,定义材料属性,设定载荷条件.结果:建立了不同数目纤维桩修复上颌第一磨牙三维有限元模型4个,分别为:单根桩模型,双根桩模型(近中颊、腭根),双根桩模型(远中颊、腭根),三根桩模型.结论:提供了建立不同纤维桩数目修复上颌第一磨牙三维有限元模型的新方法,为今后对纤维桩修复体进行力学分析提供基础.
-
用CAD软件辅助义齿建立力学分析模型的初步研究
目的:探讨运用CAD软件模拟制作有限元义齿模型,为简化有限元建模提供一种方法.方法:在CT扫描方法建立的下颌骨及基牙牙根的三维有限元基础模型上,用CAD软件在计算机上分别模拟套简冠及"O"型圈附着体两种覆盖义齿制作.结果:建立了"O"型圈附着体义齿与套筒冠义齿的三维有限元模型.结论:运用CAD软件在计算机上直接制作有限元义齿模型,方便可行,可以为临床上修复体优化设计提供实验基础.
-
个性化下颌体部钛植入支架三维有限元模型的建立
目的:建立个性化下颌体部钛植入支架三维有限元模型,为进一步的生物力学设计奠定基础.方法:利用正常人下颌骨三维有限元模型,模拟一侧体部缺损,对下颌钛植入支架的曲面进行拟和,并对钛植入支架上缘预留孔道进行生成和定位.结果:建立了个性化下颌体部钛植入支架三维有限元模型.结论:获得了与模拟真实下颌骨体部缺损相匹配钛植入支架的三维有限元模型,为结构设计打下基础.
-
唇、舌侧正畸中上颌中切牙转动中心的研究
目的 从牛物力学的角度,分析比较唇侧和舌侧正畸中的上中切牙转动中心与M/F的关系方法通过有限元法技术,建立较理想的上颌骨、卜切牙及牙周膜的三维有限元模型;进而分析唇、舌侧正畸中的上中切牙转动中心与M/F的关系,比较两者的异同.结果 1.建立了较理想的上颌骨、上切牙及牙周膜的三维有限元模型2.本研究,上中切牙阻力中心在距_牙槽嵴顶0.43倍根长处.3.唇舌侧正畸中,上中切牙在相同的M/F加载下,转动中心的位置不同.若要产生牙齿的整体移动的效果,唇舌侧正畸所需的M/F比值分别为-8.87和-12.38.结论 舌侧正畸中,内收切牙的同时要加大根舌向转矩,不能根据唇侧加力的经验米做判断.
