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肱骨外髁的光弹性实验研究
肱骨外髁骨折是儿童常见骨折,其发生机制如何,至今尚没有形或统一的认识,本课题应用三维光弹实验法探讨肱骨外髁在各种可能创伤体位下的应力情况,分析骨折发生机制,对临床防病治病有现实指导意义.光弹性实验的主要特点就是能非常直观地通过光学图案,显示出研究结构的应力分布全貌,并给出定量的应力数据,是进行结构内部应力分析十分有效的方法,我们根据课题整体研究的需要,在此只对模型进行定性的分析.1材料与方法
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基于CT数据的人体L3-L4腰椎节段的三维有限元建模和分析
目的 建立一个精确的人体L3-L4腰椎节段有限元模型,用于腰椎生物力学的研究.方法 基于可视人计划(visible human project,VHP)男性冷冻CT数据,通过Marchingcubes算法三维重建L3和L4椎骨的几何模型并转换为有限元网格,然后结合椎间盘和韧带的网格建立L3-L4节段的有限元网格.根据CT值设定材料特性建立有限元模型,施加压缩的边界条件进行有限元分析,并和参考模型的结果比较分析.结果 基于CT的L3-L4节段有限元模型比参考模型更符合腰椎的解剖结构.结论 基于CT的L3-L4节段有限元模型能够精确的描述腰椎解剖结构,保证有限元分析的准确性.
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大腿假肢支撑期有限元分析
目的 分析大腿截肢患者的硅胶套材料属性,对支撑期残肢与接受腔之间接触面的力学分布的影响,为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供参考.方法 利用计算机断层扫描技术获取大腿截肢患者残端与接受腔的断层图像,通过影像学信息和工程学方法,分别获取接受腔、硅胶套、残肢、骨骼等结构的三维模型;根据角度变化调整模型,获得初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期、摆动前期5个时相的组装模型;根据三维动作捕捉系统Motion和Kistler三维测力平台测得的地面反作用力及髋关节角度变化的结果,对5个时相下大腿假肢模型分别进行有限元非线性接触分析;在此基础上,模拟分析了硅胶套不同弹性模量的变化对残肢表面等效应力以及剪切应力分布的影响.结果 穿戴不同弹性模量的硅胶套时,残肢所受大等效应力以及大剪切应力在初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期时相时出现在残肢内侧和接受腔口型边缘对应的残肢位置,在摆动前期时相时则出现在残肢内侧、接受腔口型边缘对应的残肢位置和坐骨周围等位置.当硅胶套弹性模量在0.98~2.70 MPa范围内变化时,在摆动前期残肢所受等效应力变化范围为13.85~23.55 kPa,大剪切应力变化范围为7.82~13.46 kPa,而其他时相基本一致.结论 硅胶套的力学特性影响大腿假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布,摆动前期残肢所受大等效应力与大剪切应力随硅胶套弹性模量变化大,在实际适配过程中需注意.
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种植体深度和加载方向对下颌骨应力分布影响的三维有限元分析
目的 分析下颌骨种植体种植深度和加载方向对周围骨组织的应力分布影响,为临床种植应用提供参考.方法 CT扫描一位第一磨牙缺失的健康女性下颌骨,运用MIMICS图像重建其几何结构,ADINA建立下颌骨及种植体平齐0mm、高于1mm、低于-1mm骨界面三种有限元模型,分析比较该模型在垂直和颊舌向两种加载方式下周围骨组织内的应力分布.结果 两种加载方式下三种模型相比,大应力出现的部位没有明显变化,但数值发生了很大变化,以低于骨界面-1mm模型数值大,高于骨界面1mm模型小.颊舌向与垂直向加载相比,三种模型均呈现颊舌向数值明显高的态势.结论 CT扫描大限度地忠实于个性化的解剖结构,种植体种植深度和加载方向对骨组织内的应力分布有重要影响,本文结果将为临床种植技术提供一定的理论参考.
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球囊扩张式支架扩张过程的数值模拟
目的 求解支架扩张过程中的应力、形变分布云图,以及压强-直径变化曲线,获取球囊扩张式支架整体性能数据.方法 使用"体积控制"球囊-支架模型,运用有限元分析软件ANYSY进行数值模拟,并与实验数据进行比较.结果 支架-球囊模型可以很好地模拟支架扩张全过程;当球囊膨胀至大直径,支架模型的主体结构与加强筋连接位置会发生塑性形变,而大应力也分布在连接位置.结论 通过有限元分析可以对支架性能进行优化.
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生物主动脉瓣膜设计中的有限元分析模型
目的 为了更好地分析生物心脏瓣膜的应力分布及闭合性能,本研究提出一种新的有限元分析模型.方法 利用点点接触将瓣膜与支架的缝合点一一对应以模拟瓣膜实际缝制过程,建立将平面设计的瓣膜缝制到支架上的模型,从而形成缝制模型.而对照模型则直接建立瓣叶的理想三维几何结构.在两种模型的瓣叶上施加一定压力,进行有限元计算,将缝制模型与对照模型的应力分布情况进行对比,同时参照实际瓣膜的闭合情况对比上述两种模型的闭合形态.结果 缝制模型大应力集中部位为瓣叶两翼,其瓣叶倾角及闭合形态分析均较可靠.结论有限元缝制模型可以为心脏瓣膜瓣叶性能分析提供比对照模型更精确的结果,从而为瓣叶形状的设计和优化提供指导依据.
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Ⅱ类和Ⅲ类骨质植入深度对平台转换种植体周围骨应力分布影响的有限元分析
目的 比较植体不同植入深度时Ⅱ类和Ⅲ类骨质中种植体周围牙槽骨应力分布特征,指导临床选择合适的种植方案以均衡应力分布.方法 利用Abaqus 6.13分别绘制下颌后牙区牙槽骨骨块与Straumann骨水平种植体模型以及下颌第一磨牙的牙冠简化模型.分别加载垂直向200 N、水平向20 N的载荷,观察不同植入深度下种植体周围骨皮质的大应力和应力分布特征.结果 当平台转换种植体上表面与骨皮质上表面相平时,可以观察到种植体周围骨组织大von Mises应力(MVMS)位于骨皮质表面,随着种植体植入深度的增加,骨皮质内MVMS也随之移动,基本保持在种植体上表面周围的骨皮质内,并在种植体上表面位于骨皮质一半厚度时达到MVMS的低值.结论 Ⅱ类和Ⅲ类骨质平台转换种植体周围骨MVMS出现于种植体周围皮质骨内,皮质骨的应力集中则主要位于与颈部平台接触区,调整种植体植入深度可以改变皮质骨中应力集中位置.种植体上表面位于牙槽嵴下水平时,有利于减轻牙槽嵴顶皮质骨的应力.
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生物心脏瓣膜钙化前后的应力分析
0 前言本文采用了非线性八结点超参数板壳元,对猪主动脉瓣在闭合状态下的应力分布进行了有限元数值分析.首次计算了局部钙化前期及后期的猪主动脉瓣应力分布,并与正常的应力进行了比较.发现应力集中和弯矩较大部位正是钙化易产生的区域,钙化区域的应力及弯矩随钙化程度的加深而增大.
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不同材料桩核冠修复上颌改向中切牙的三维有限元分析
目的 研究不同材料桩核修复上颌改向中切牙后牙本质应力分布情况.方法 采用薄层CT技术、AutoCAD软件相结合,建立上颌中切牙及唇、舌侧分别改向10°后的桩核冠的三维有限元模型,在斜向100 N加载情况下,对改向后不同材料桩核冠的牙本质的应力分布情况进行分析.结果 不同弹性模量桩核材料修复改向上颌中切牙后桩尖区牙本质为应力集中区,随着桩核弹性模量的增加,应力峰值增加.结论 临床上进行桩核改向时,在满足临床受力情况下,要选用弹性模量低的桩核材料.
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锁定加压钢板固定不同胫骨干骨折的有限元分析
目的 通过三维有限元分析探讨锁定加压钢板固定不同类型胫骨干骨折的生物力学特点.方法 利用CT扫描获得成人胫骨的薄层图像,运用相关软件建立其三维模型.在此模型上模拟出胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种骨折模型,分别分为横行、斜行、粉碎性、螺旋形4组,使用锁定加压钢板固定.各组分别给予相同的轴向和斜向压缩载荷各600 N.通过有限元分析软件Ansys12.0分别测定各组模型在不同载荷下的应力分布情况.结果 (1)在轴向加载下,锁定钢板在各组的应力大小为:粉碎组>横行组>斜行组>螺旋组;钢板应力分布区域在横行和斜行组靠近钢板中央,粉碎组应力靠近骨折线上段,螺旋组应力集中于骨折线下段.胫骨在各组的应力大小为:粉碎组>斜行组>横行组>螺旋组;各组中胫骨应力分布区域均为在骨折线以上靠近段,骨折线以下靠近骨折线.(2)斜向加载时,锁定钢板在各组的应力变化为:粉碎组>横行组>斜行组>螺旋组.钢板应力分布区域在横行、斜行及螺旋组靠近骨折线下段,在粉碎组靠近骨折线上段;胫骨在各组的应力大小为:粉碎组>斜行组>横行组>螺旋组;应力分布区域在横行、斜行、粉碎性各组远离骨折线,在螺旋组靠近骨折线.结论 (1)两种载荷下,钢板均在粉碎组受到的应力大,且钢板应力分布区域在边缘或者中间;(2)两种载荷下,胫骨均在粉碎组受力大,且在各组中的受力变化一致.
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上颌无牙颌种植固定修复中种植体位置对应力分布的影响
目的 探讨并分析种植体位置在上颌无牙颌种植固定修复患者中的应力分布情况.方法 选取我院2016年2月～2018年1月种植科就诊的1例上颌无牙颌患者作为研究对象,通过三维有限元模型的构建,并使用ABAQUS软件对应力的分布情况进行研究.结果 种植体所承担的应力大小与应力加载位置有密切的关系,即位置越近,承担的应力也就越大.与此同时,应力集中区域是在磨牙区.结论 在上颌无牙颌种植固定修复的过程中,种植体的排列位置对于应力分布有重要的影响,种植体的分散对于分散患者的较合理有重要的作用,因此应注重合理分配应力.
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腰椎应力分布及临床意义
目的 利用有限元进行腰椎应力分布分析,探讨腰椎应力分布的临床意义.方法 利用腰椎CT扫描,导入mimics 10.1软件进行模型建立.利用有限元分析工具abaqus 6.51腰椎应力分布分析.结果 腰椎的大应力分布于腰椎终板上,呈蝶形分布,主要是后外侧,主要位于腰椎下方后缘.腰椎峡部出现有应力集中现象.结论 ①由于腰椎下方后缘应力大,故临床上出现的此处骨质增生明显.②终板后外侧应力明显集中,故临床上椎间盘突出多发生于后外侧.③腰椎峡部出现应力集中,也可以解释腰椎峡部裂的原因.
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PVP术后相邻节段椎体应力分布的有限元分析
目的 采用有限元法分析经皮椎体成形(PVP)术中骨水泥的注入量与弥散情况对相邻节段椎体应力分布的影响.方法 收集自2015-09-2016-10诊治的87例L2骨质疏松性椎体压缩骨折患者的CT扫描数据,建立骨质疏松性椎体压缩骨折的三维有限元模型.单侧注入4 ml骨水泥,A组骨水泥局限于椎体一侧,B组骨水泥越过椎体冠状位中线.单侧注入6 ml骨水泥,C组骨水泥局限于椎体一侧,D组骨水泥越过椎体冠状位中线.在轴向加载500 N载荷下,记录各组L1下终板及k上终板的应力值.结果 注入骨水泥前L1下终板的应力值为(4.08±0.55)MPa,L3上终板应力值为(4.99±0.70)MPa.注入骨水泥后L1下终板应力值:A组为(4.49±0.49)MPa,B组为(4.38±0.45)MPa,C组为(4.76±0.74)MPa,D组为(4.50±0.66) MPa;B组应力值小于A组和D组,D组应力值小于C组,差异有统计学意义(P＜0.05).注入骨水泥后L3上终板应力值:A组为(5.23±1.32)MPa,B组为(5.14±1.26)MPa,C组为(5.45±1.46)MPa,D组为(5.09±1.17)MPa;B组应力值小于A组,D组应力值小于C组,差异有统计学意义(P＜0.05);但B组与D组的应力值差异无统计学意义(P＞0.05).结论 PVP术后相邻节段椎体应力值与骨水泥注入量呈正比,等量骨水泥于双侧弥散所产生的应力增幅较单侧弥散小.骨水泥注入量较少及双侧均匀分布可能降低了相邻椎体骨折的风险.
关键词： 骨质疏松性椎体压缩骨折 经皮椎体成形术 相邻椎体 应力分布 有限元分析 -
髋臼盂唇的基础与临床研究概况
长期以来,人们对髋臼盂唇的结构与功能存在模糊认识:髋臼盂唇仅增加关节面的接触面积、稳定髋关节.1998年Gregory等[1]通过17具人髋关节标本,分别在髋臼完整、切除髋臼横韧带、髋臼盂唇、横韧带及盂唇均切除的情况下测试髋关节接触面积及应力分布,结果认为上述四种情况下,髋关节接触面积、应力、平均压力和大压力均无显著性差异.自上世纪末以来,随着研究手段的提高、研究水平的深入,对髋臼盂唇的结构和功能有了更新的认识.本文通过近年来的文献回顾,了解有关髋臼盂唇基础与临床的研究现状和进展.
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数字化建模在老年骨质疏松椎体压缩性骨折椎体成形术的应用研究
目的 应用有限元数字化建模分析法探讨PVP治疗老年骨质疏松椎体压缩性骨折时病椎注射骨水泥后应力分布的变化情况.方法 筛选L2椎体骨折老年骨质疏松压缩性骨折患者7名,病椎双侧分别注射6ml的骨水泥,分析患者术前、术后CT.利用有限元分析方法,建立各病椎及相邻椎体的术前、术后的有限元模型.结果 骨水泥注射后上下终板的应力均增加,应力主要分布区域为椎体中部,随着骨水泥容量增加,上、下终板应力区域增加.结论 有限元数字化建模可以有效分析老年骨质疏松压缩性骨折PVP生物力学的改变.
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骨组织的力负荷感受反应机制研究进展
对力学刺激的识别和反应是生物体的重要功能.触觉、听觉、压力感受器、本体感受器及重力感受功能都与力学信号的感受、传递机制有关.体内组织的形成、发展方式与其所受的应力有关,例如骨组织的结构与其内部应力分布有关,应力大的部位骨组织密度大,应力小的部位骨密度小[1].骨组织能用少的骨量来满足运动功能所需的骨强度.当因衰老或力负荷减少使骨量下降时,应力小的部位骨量丢失常常较快,应力大的部位骨量保存常常较好.可见骨组织能根据外界负荷和内部应力来调节整体骨量的增减和内部骨量的分布及构造.但骨组织对力负荷的感受、传递和反应机制还不十分清楚,这也正是骨代谢研究中的重点课题.本文根据目前的研究进展和有关学说,试图对骨组织的力负荷感受机制进行阐述和探讨.
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不同载荷下腰1椎体内应力分布规律的有限元分析
目的:观察腰1(L1)椎体在不同载荷作用下椎体内应力分布情况,探讨其应力分布规律及临床意义.方法:选取1例27岁健康男性志愿者,以层厚1 mm进行T12～L2脊柱节段CT扫描,将原始数据存盘.运用3D软件、Auto CAD系统及ANSYS 6.0有限元软件建立正常人体胸腰段(T12～L2)运动节段的三维有限元模型.在T12椎体上表面施加不同等级的压力(400N、600N、800N、1000N、1200N),模拟脊柱的轴向压缩载荷;在T12椎体上表面施加不同等级压力(400N、600N、800N、1000N、1200N)的同时再施30N·m的弯矩,模拟脊柱的屈曲压缩载荷.将连接L1椎体上下终板凹面低点的连线7等份,在此基础上将T1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成9个统计区(椎体前部A1、A2和A3区,椎体中部M1、M2和M3区,椎体后部P1、P2和P3区).测量L1椎体松质骨中间3个层面9个统计区的平均应力值,将9个统计区划分成6个组,分别为Ⅰ组A1、A2、A3,Ⅱ组M1、M2、M3,Ⅲ组P1、P2、P3,Ⅳ组A1、M1、P1Ⅴ组A2、M2、P2,Ⅵ组A3、M3、P3.比较同一等级载荷下9个统计区的应力分布情况,并对6个组内的松质骨应力值进行两两配对t检验,分析L1椎体内不同载荷作用下应力分布情况.结果:轴向加载时同一等级载荷下,Ⅲ组内P2松质骨平均应力值与P1、P3比较,Ⅳ组内P1与A1、M1比较,Ⅴ组内P2与A2、M2比较,Ⅵ组内P3与A3、M3比较,差异均有统计学意义(P＜0.05);而Ⅰ组、Ⅱ组内的数据经两两比较均无统计学差异(P＞0.05);椎体后部P区(P1,P2,P3)的应力值与M区、A区比较大,其中P2区应力大.屈曲加载时同一等级载荷下,Ⅰ组内A2与A1、A3比较,Ⅱ组内M2与M1、M3比较,Ⅲ组内P2与P1、P3比较,Ⅳ组内A1与M1、P1比较,Ⅴ组内A2与M2、P2比较,Ⅵ组内A3与M3、P3比较,差异均有统计学意义(P＜0.05);Ⅰ组内A1与A3比较,Ⅱ组内M1与M3比较,Ⅲ组内P1与P3比较,Ⅳ组内M1与P1比较,均无统计学差异(P＞0.05);椎体前部A区(A1,A2,A3)的应力值与M区、P区比较大,A2区应力大.结论:L1椎体在不同载荷作用下,松质骨内存在着应力分布的集中趋势;轴向加载时应力集中的部位靠近椎体后缘中央,屈曲加载时应力集中的部位靠近椎体前缘中央.
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髋关节表面置换存在的问题及展望
髋关节表面置换现今已成为关节外科领域中受关注的技术之一.髋关节表面置换术保留了股骨颈,更有效地重建了股骨近端解剖结构,使应力分布更符合生理方式,并使术后关节活动度更接近正常水平,本体感觉更为满意.同时髋关节表面置换术保留较多骨质,便于在失败的情况下进行翻修[1].Amstutz和Le Duff[2]通过对1996至2006年间施行的1000例髋关节表面置换术的调查发现,假体术后5年生存率高达95.2%,在2002年之后的手术中无一例失败.
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个性化磨牙根形种植体与螺纹柱状种植体的应力分布比较
目的 探讨个性化磨牙根形种植体与螺纹柱状种植体所受应力及位移的异同,观察个性化磨牙根形种植体在应力传导和应力分布方面是否较螺纹柱状种植体具有优势.方法 应用计算机软件设计右上颌第一磨牙根形种植体及螺纹柱状种植体(直径4.5mm),并进行三维有限元分析,在有限元建模时,使螺纹柱状种植体的直径等于个性化磨牙根形种植体的颊舌向直径(10.98mm),所得螺纹柱状种植体与骨接触面积(468.68 mm2)大于个性化磨牙根形种植体(442.58mm2),建立2个螺纹种植体有限元模型,观察两种种植体应力、相对位移的异同和个性化磨牙根形种植体三根结构对种植体所受应力的影响.结果 个性化磨牙根形种植体的应力为36.82MPa,大主应力为37.43MPa,小主应力为12.50MPa.不同直径螺纹柱状种植体的应力分别为189.25MPa、114.79MPa.大主应力分别为186.11MPa、99.55MPa,小主应力分别为43.95MPa、24.53 MPa.个性化磨牙根形种植体的大剪切力为18.69MPa,螺纹柱状种植体的大剪切力分别为101.77MPa、61.24MPa.个性化磨牙根形种植体的位移为0.0107mm,螺纹柱状种植体的位移分别为0.0487mm、0.0140 mm.结果显示应力均集中于两种植体的颈部,即使螺纹种植体直径与个性化磨牙根形种植体一致,并且所得与骨接触的面积大于个性化磨牙根形种植体,个性化磨牙根形种植体所受应力仍明显小于螺纹柱状种植体.结论 个性化磨牙根形种植体所受应力明显小于螺纹柱状种植体,个性化磨牙根形种植体三根结构有助于减少应力集中.
关键词： 个性化磨牙根形种植体 应力分布 有限元分析 -
下颌全口覆盖义齿的加强结构对基托下黏膜应力分布影响的三维有限元分析
目的 分析下颌全口覆盖义齿加强前后及不同的加强设计对基托下黏膜应力分布的影响.方法 采用三维有限元法,设定只有两侧尖牙残根残留的下颌牙槽嵴为实验对象,残根上形成根帽,并分别建立无加强,钢丝加强和铸造结构加强的覆盖义齿3个有限元模型,在单侧第一双尖牙区及第二磨牙区垂直加载49 N的力,对覆盖义齿基托下黏膜应力分布的情况进行分析.结果 第一双尖牙区加载时,基托下黏膜应力总和表示为按无加强、钢丝加强和铸造结构加强的顺序依次减小,与加载位置无关.与无加强和钢丝加强比较,铸造结构加强的大应力显示为小,且基托下应力分布更均匀和广泛.结论 使用了覆盖根帽顶点和牙槽嵴顶的加强结构加强的覆盖义齿能够有效的分散负载,使下颌覆盖义齿基托下应力分布更均匀和广泛,有利于基托下黏膜的保护.
