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基于CT扫描图像的上颌牙列的三维重建及有限元模型建模研究
目的:研究根据不同的患者,不同的牙列情况,建立基于螺旋CT扫描图像的上颌牙列的三维重建模型和三维有限元模型,为上颌牙列的正畸矫治提供一定的理论指导.方法:选择男女两名自愿者作为建模素材,通过螺旋CT扫描技术得到头部二维CT图像,应用三维影像技术取出含上颌牙列部分图像,对截取图像重建三维模型,后在ANSYS中建立上颌牙列的三维有限元模型.结果:获得了细致逼真的上颌牙列三维重建影像和三维有限元模型.结论:综合运用CT扫描、三维建模等技术可以获得不同个体的上颌牙列三维有限元模型,为临床上颌牙列的正畸矫治提供一定的理论依据.
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一个新枕寰枢有限元模型的建立与生物力学分析
目的 建立一个新型枕寰枢复合体有限元模型并对其进行生物力学分析.方法 采集CT断层资料,应用Mimics软件完成枕寰枢的三维重建并获取点云数据,辅助以逆向工程完成骨性结构的曲面重构；采用Ture Grid软件建立包括关节软骨在内的全六面体有限元网格模型,建立模拟韧带的弹簧单元；在0.3 Nm和1.5 Nm外载荷下进行了前屈、后伸、侧屈和轴向旋转四种生理运动的生物力学分析及有效性验证.结果 该枕寰枢模型能对正常情况下生物力学特性如运动学、韧带应变、关节应力等进行预测.结论 枕寰枢有限元模型对枕颈交界区生物力学的改变及其稳定性的影响可以进行有效的、可重复的仿真分析,具有较高的实用性和临床参考价值.
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枕寰枢关节非线性有限元模型构建及有效性验证
评价颅颈交界区的稳定性非常重要[1-3].现有动物模型、尸体模型在研究该部位的生物力学上均有不足之处.已有人构建枕寰枢关节(occipito-atlanto-axial joint,OAAJ)有限元模型,但其包含的解剖结构并不一致[4-6].我们基于1例青年男性志愿者CT扫描数据,构建了完整的OAAJ非线性有限元模型,并进行有效性验证.
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腭裂上颌骨三维有限元模型建立方法初探
目的:建立腭裂上颌骨复合体三维有限元模型的方法, 并建立符合不同分析要求的腭裂上颌骨三维有限元模型.方法:采用螺旋CT扫描图像,应用ANSYS软件逐层建立了反映腭裂上颌骨解剖结构特点、可供实验分析的腭裂上颌骨局部及上颌骨复合体三维有限元模型.结果: 建立了符合不同分析目的要求的腭裂上颌骨局部、腭裂上颌骨复合体及颅面复合体的三维有限元模型.结论:应用螺旋CT断层扫描和ANSYS分析软件相结合的方法, 建立不同范围的腭裂上颌骨复合体三维有限元模型结构细致,方法可行.
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模拟上唇压力对腭裂上颌骨复合体三维有限元模型的影响研究
目的:研究唇裂修复术后上唇压力对腭裂上颌骨复合体的影响.方法:对一位14岁单侧完全性腭裂的患者的头部作连续冠状扫描.应用DICOM技术获取扫描图片并采用图像处理软件和工程建模软件对患者的上颌骨复合体进行三维有限元建模.模拟正常上唇的压力对上颌骨复合体进行加载工况.结果:模型显示在相当于两侧眶下区、牙槽突前段以及翼突下端有应力集中区.健侧上颌骨段的变形大于对侧,导致健侧梨状孔缘成为剪应力集中区域.模型向后、向下移位,牙槽突裂隙缩小.结论:腭裂上颌骨模型在受力后的表现与临床上的唇裂术后腭裂上颌骨观察到的变化一致.所建立的模型研究为临床唇腭裂研究提供了一个新方法.
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利用MIMICS和CATIA软件辅助建立包含方丝弓矫治器的上颌三维有限元模型
目的:利用MIMICS和CATIA软件辅助建立包含方丝弓矫治器的上颌三维有限元模型.方法:对志愿者头颅部进行多层螺旋CT扫描,利用MIMICS、 CATIA软件完成托槽及三维实体模型的重建,在此基础上通过ABAQUS软件建立包含方丝弓托槽的上颌三维有限元模型.结果:建立了高精度的包含方丝弓托槽、上颌牙列、牙周膜、牙槽骨的上颌三维有限元模型.结论:利用MIMICS和CATIA软件辅助建模,提高了模型的精确性和建模效率.
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计及牙尖斜度的上颌全口义齿三维有限元模型的建立
目的:为研究牙尖斜度对上颌全口义齿基托应力分布状况的影响提供基础条件.方法:采用三坐标测量机和计算机辅助设计建立计及牙尖斜度的三维有限元模型;依据理论力学原理确定加载方式.结果:建立了更接近临床实际情况、有牙尖斜度的三维有限元模型,确定了不同牙尖斜面外载荷的加载方向,并根据推导公式计算出不同加载情况下应加力的大小.结论:该模型可用于上颌全口义齿应力分布研究.
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无牙下颌覆盖义齿4个种植体套筒冠固位位置的优化设计和力学分析
目的:建立含4个种植体的无牙下颌骨三维有限元模型并对种植体不同位置组合进行应力加载,模拟不同位置套筒冠附着体固位的下颌种植覆盖义齿受力情况,对种植体位置进行优化设计.方法:应用CATIA建模软件以及ABAQUS有限元软件建立含4个对称分布的标准ITI种植体(4.1 mm×10 mm)的有限元模型.根据种植体位置不同共建立了Ⅰ～Ⅶ个模型,并在模拟的义齿基托平面结构上进行垂直方向100 N静态(牙)力加载.结果:种植体周围骨质应力分布情况显示:3-6设计有良好的应力分布情况,2-4设计和3-5设计次之,其余模型的应力分布显示出了不均衡性.结论:采用磨牙区种植的设计值得考虑,对于3-6设计而言,各个种植体周围的应力分布更为均衡合理.同时在位置设计中注意控制种植体间的距离.
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含多个种植体的无牙下颌骨三维有限元模型的建立
目的:旨在探讨一种建立含多个种植体无牙下颌骨三维有限元模型的方法,为下颌种植覆盖义齿中种植体位置的优化设计提供研究手段.方法:应用薄层CT扫描和CATlA建模软件,对层厚为1 mm的无牙下颌骨CT断层影像进行分析处理,结合ABAQUS三维有限元软件建立含4个标准ITI种植体的有限元模型.结果:所建立的模型精确且无损伤性,图形、图像和数据可重复使用,结构相似性好,可根据需要模拟相应的由4个种植体支持的覆盖义齿的应力分布情况.结论:CT扫描结合建模软件的应用,为三维有限元模型的建立提供了准确、简洁的方法,可用于相应的生物力学研究.
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医学电阻抗成像系统电极结构优化设计
目的 研究医学电阻抗成像（EIT）系统电极结构对敏感场分布的影响. 方法 设计一个具有边界强制等势点的有限元模型，通过仿真，分析了复合电极宽度对敏感场分布的影响，并进一步对不同激励模式，敏感电极的结构尺寸进行了定量的优化设计. 结果 当电极覆盖比率为57.1%时，效果优. 结论 进行电极优化设计时，其场分布的均匀性、敏度与电极覆盖率应综合考虑.
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下颌桩核基牙式全口覆盖义齿及支持组织三维有限元模型的建立
目的建立下颌桩核基牙式全口覆盖义齿及支持组织的三维有限元模型,为研究这一义齿修复形式的生物力学特性和优化修复体设计奠定基础.方法应用激光三维扫描测量技术和计算机辅助设计,建立下颌桩核基牙式全口覆盖义齿及支持组织的三维有限元模型.采用全口义齿患者大牙合力均数,在义齿全牙列垂直加载.结果建立了下颌桩核基牙式全口覆盖义齿及支持组织的三维有限元模型.结论该模型在边界设定、加载方式、加载量方面更接近口内真实情况,可用于下颌桩核基牙式全口覆盖义齿及支持组织的应力分布研究.
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构建国人头颈三维有限元模型
目的研究构建国人头颈三维有限元模型. 方法依据正常国人头颅CT、MRI断层扫描图像,识别确定重建对象,对皮肤、颅骨采用灰度阈值法、轮廓跟踪算法及B样条曲线拟合法进行自动重建;对其他结构采用人机对话方式提取边界关键点,进行重建实体.定义结构材料参数后划分网格.筛选相邻体积交接面节点,粘连节点完成建模. 结果完成包含皮肤、颅骨、硬膜、静脉窦、脑灰白质、脑干、小脑、脑室系统、颈椎及颈髓的国人头颈三维有限元模型.模型单元及节点数分别为168 733,80 535, 总质量约5.14 kg. 结论利用医学影像资料,采用轮廓跟踪算法等数字图像技术可半自动实现人颅脑复杂结构的三维重建.
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人颅脑损伤有限元模型研究进展
创伤性脑损伤严重危害人类健康,研究其生物力学致伤机制,有利于提高对创伤性脑损伤的认识和防治水平.有限元模型是研究脑损伤力学机制的重要工具之一,笔者回顾既往人颅脑有限元模型文献,着重总结模型构建、模型有效性、材料特性及模型研究方向等内容,同时讨论目前有限元模型存在的困难及其发展趋势.
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三种固定方式治疗胫骨平台后外侧1/2骨折的生物力学分析
目的 通过尸体标本及有限元模型对前侧拉力螺钉固定、外侧L型钢板固定和后侧T型钢板固定治疗胫骨平台后外侧1/2骨折行生物力学分析,为临床工作提供基础数据.方法 选取上海交通大学医学院解剖教研室提供的新鲜成人尸体胫骨标本24个,用电动摆锯制备胫骨平台后外侧1/2骨折模型,将模型随机等分为前侧拉力螺钉固定组、外侧L型钢板固定组及后侧T型钢板固定组各8具.另选取1名健康男性志愿者,对其膝关节行螺旋CT后将数据导入Mimics14.0等软件后得到三维胫骨平台实体,经分割等操作后获得胫骨平台后外侧1/2骨折模型,而后结合三维解剖数据,通过Solidworks2013软件制作相应的拉力螺钉及钢板,模拟前侧拉力螺钉固定、外侧L型钢板固定及后侧T型钢板固定三种胫骨平台后外侧1/2骨折内固定有限元模型.对各骨折内固定实体标本和有限元模型分别施加250、500、1000、1500N的轴向载荷,比较各组骨折块移位及受力情况.结果 实验生物力学结果表明,250N、500N和1000N载荷下前侧拉力螺钉固定组、外侧L型钢板固定组及后侧T型钢板固定组内固定实体标本骨折块移位值[250N:(0.14±0.02)mm vs.(0.13±0.02)mm vs.(0.14±0.13)mm;500N:(0.27±0.05)mm vs.(0.29±0.06)mm vs.(0.28±0.07)mm;1000N:(0.49±0.12)mm vs.(0.53±0.10)mm vs (0.50±0.09)mm],差异均无统计学意义(P>0.05),1500N载荷下前侧拉力螺钉固定组骨折块位移值(0.57±0.14mm)小于外侧L型钢板固定组(0.72±0.10mm)和后侧T型钢板固定组(0.76±0.13mm),差异均有统计学意义(P<0.05),外侧L型钢板固定组和后侧T型钢板固定组骨折块位移值差异无统计学意义(P>0.05).有限元分析结果表明,在各载荷下前侧拉力螺钉固定模型的骨折块位移值及内固定大应力均小于外侧L型钢板固定模型和后侧T型钢板固定模型.两种实验方法所得大位移值分布区域均为近侧胫腓关节交界区.结论 对于胫骨平台后外侧1/2骨折,前侧拉力螺钉固定、外侧L型钢板固定和后侧T型钢板固定均可提供早期稳定性,其中前侧拉力螺钉固定在稳定性方面具优势,应作为临床首选方案.
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C2～4椎体三维有限元模型建立对 Hangman 骨折前路内固定的临床意义
目的：对内固定治疗的Hangman骨折有限元模型行生物力学分析，为临床工作提供基础数据。方法选取1名健康男性志愿者，对其C2～4节段行螺旋CT后将数据导入Mimics14．0等软件后得到三维C2～4节段颈椎实体，经分割等操作后获得Hangman骨折模型，结合三维解剖数据，通过Solidworks2013软件制作相应的椎弓根钉及钢板，模拟椎弓根钉固定、C2～3钢板固定以及C2～4钢板固定三种Hangman 骨折内固定模型，在等值应力下对上述4种模型行有限元分析，比较其生物力学指标。结果 C2～3节段：与椎弓根钉固定组、C2～3钢板固定组以及C2～4钢板固定组相比，Hangman骨折模型各个方向角位移均增大，以前屈和后伸运动为显著。 C2～3钢板固定组和C2～4钢板固定组各方向角位移差异较小，且均小于其他组；C3～4节段：C2～4钢板固定组各方向角位移均小于其他组，其余组间角位移差值大为0．15°。三组固定模型其固定物于各方向应力由大到小均为C2～3钢板，C2～4钢板和椎弓根钉。两种钢板固定系统的主要受力部位为配套的螺钉根部，应力峰值54．73MPa，小于内固定失效强度（225MPa）。椎弓根钉的主要受力部位在穿过骨折线处以及螺钉尖。结论对于Hangman骨折，与传统C2后路椎弓根钉固定方式相比，C2～3和C2～4前路钢板固定弥补了其矢状面稳定性较差的缺陷，生物力学性质更加稳定，值得临床推广。
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儿童颅脑损伤生物力学研究进展
本文综述了儿童颅脑损伤生物力学研究中大脑、颅骨、颅缝及硬脑膜等颅脑材料属性参数检测及儿童颅脑有限元模型构建研究进展,分析目前已建立的儿童颅脑有限元模型的不足,提出应加强儿童颅脑材料属性参数检测研究,建立相关数据库,为建立精准的儿童颅脑有限元模型奠定基础.
