肱骨有限元模型建立及生物力学分析

目的:以成人肱骨为例,将医学图像三维重建技术和有限元方法结合应用于正骨手法研究,建立正常肱骨有限元模型,验证模型的有效性并进行生物力学分析。方法:选择一位青年男性志愿者,对其上肢自尺桡骨上端至肱骨头进行连续断层扫描,得到CT图像,将CT数据导入MIMICS软件中,通过图像分割、三维重建和材料属性赋值,构建正常肱骨有限元模型,利用ANSYS软件进行力学分析,与文献中肱骨的生物力学数据相比较,以此验证模型的有效性。结果:建立了正常肱骨三维几何模型和有限元模型。利用ANSYS软件,对模型进行了有效性验证。所建模型物理特性与真实骨骼相近,能很好地反映骨骼的力学变化,实现手法的定量分析。结论:所建立的肱骨模型外形逼真、在不同载荷下的应力值与相关文献一致,可用作中医仿真系统中的虚拟骨折模型。     

CroweⅣ型髋关节脱位儿童髋臼有限元生物力学分析

目的:建立CroweW型发育性髋关节脱位儿童骨盆三维有限元模型,对发育性髋关节脱位儿童真性髋臼及假性髋臼的生物力学进行初步分析.方法:采用单侧发育性髋关节脱位儿童骨盆CT扫描DICOM数据,通过Mimics10.0对图像DICOM数据进行重建,经Geomagic Proe5.0进行网格优化,在Hepermesh 10.0中进行有限元网格划分后输入ANSYS12.0中,在ANSYS中根据解剖部位建立骨盆主要韧带,行单腿站立载荷加载,计算该加载方式下骨盆的应力及位移分布情况.结果:模拟患者单腿(患侧)站立状态下身体重心通过假关节的中心,骨盆极度倾斜约45°,给予生理载荷,应力主要集中在假髋臼和骶髂关节面之间,耻骨上肢内侧是应力集中区但是应力小于骶髂关节周围部分;患侧骨盆位移以髂骨翼前侧向后侧逐渐减弱.结论:建立的有限元模型在静载荷下特征部位的应力及位移能够反映CroweⅣ型髋关节脱位儿童骨盆的力学结构特性,模型的准确性高,可以成为CroweⅣ型髋关节脱位儿童骨生物力学研究的工具,满足临床研究需要.     

胸腰椎活动节段三维有限元模型及临床意义

本文采用三维有限元法建立胸腰椎脊柱活动节段的三维有限元模型,模型了３７７个节点,共组成４４９个单元,包括椎体,椎间盘,后部结构以及韧带等部分,并对模型有效性进行了考核,结果基本一致,作者认为该模型对研究在不同载荷下胸腰椎脊柱应力分布及力学特性具有一定的临床意义。     

基于有限元法的下颈椎弓根螺钉人工椎体系统研究

本实验利用有限元法对下颈椎前路椎弓根螺钉人工椎体系统进行研究,采用有限元法对构建下颈椎的生物力学稳定性及应力情况进行分析,进而对椎弓根螺钉进行优化设计,为临床医用提供进一步的理论。通过对患者的下颈椎处进行CT扫描,获得DICOM数据导入Mimics中,根据不同HU值范围构建下颈椎参数,并运用蒙板编辑、阈值选取、三维增长等工具建立颈椎结构区域的三维模型。采用ANSYS对建立构建的三维下颈椎模型进行有限元分析。构建人体下颈椎有限元模型,对皮质骨、软骨终板等椎间韧带结构进行模拟,设计的下颈椎模型单元有276 382个,节点有413 522个。研究表明,下颈椎在侧弯、屈伸、旋转等六个工况下的ROM椎间值与Panjabi及Kallemeyn等实验研究进行对比,实验数值与Panjabi的实验很近似,且都处于有效区间内,进而证实了实验模型的可行性与有效性。对设计的模型进行网格划分,AVB组设置273 347个单元,378 746个节点,AP组设置265 634个单元,374 593个节点。AP组相较于AVB组的应力峰值明显有增大趋势,但是AVB组的应力情况呈现均匀分布,最大应力主要分布在螺钉尾部及L形钛板与人工椎体接触部位;AP组的最大应力分布在前路钛板的钛网、中上部、螺钉钉杆尾端以及上下椎体接触部位,在钉板连接部位AP组出现应力集中现象。     

Bryan颈椎间盘假体置换术对脊髓型颈椎病患者疗效及颈椎生物力学的影响

目的:探讨Bryan颈椎间盘假体置换术对脊髓型颈椎病患者疗效及颈椎生物力学的影响。方法:选取2015年1月到2016年12月期间在我院接受治疗的脊髓型颈椎病患者48例,根据手术方式的不同将其分为植骨融合组(25例)和假体置换组(23例),其中植骨融合组采用颈椎前路减压植骨融合术进行治疗,假体置换组采用Bryan颈椎间盘假体置换术进行治疗。比较两组患者的日本骨科协会(JOA)颈椎评分、颈椎功能障碍指数(NDI)评分、视觉模拟疼痛量表(VAS)评分、颈椎生理曲度、颈椎活动度、手术节段活动度、上邻近节段活动度、下邻近节段活动度,并比较两组患者的并发症情况。结果:术后12个月假体置换组的NDI评分明显低于植骨融合组(P0.05);术后6个月、术后12个月植骨融合组的颈椎活动度低于假体置换组(P0.05);术后1个月、术后3个月、术后6个月、术后12个月假体置换组的手术节段活动度高于植骨融合组(P0.05);术后12个月植骨融合组的上邻近节段活动度、下邻近节段活动度高于假体置换组(P0.05);两组患者随访期间颈部轴性症状发生率比较差异有统计学意义(P0.05)。结论:与颈椎前路减压植骨融合术比较,Bryan颈椎间盘假体置换术对脊髓型颈椎病患者的远期疗效更佳,可更好的改善患者的颈椎生物力学,降低颈部轴性症状发生率,值得临床推广应用。     

青年颈椎生理曲度变直全节段有限元建模与分析

目的建立青年颈椎生理曲度变直和正常的全节段有限元模型,进行对比与分析。方法采集青年颈椎曲度变直志愿者CT数据,利用生物力学有限元软件构建高质量颈椎全节段模型,然后采用基于离散微分属性的体网格变形技术,将变直模型映射生成曲度正常模型,在相同边界条件进行下进行对比分析。结果在前屈、后伸、侧弯、和旋转工况下,生理曲度变直模型的活动度范围比正常值要小,并且出现再分配。在应力分布方面,C3-C4,C4-C5之间的小关节、钩突关节,和C3-C4之间的椎间盘出现应力集中。结论通过使用新型建模软件和体网格变形技术,能方便构建颈椎生理曲度变直和正常模型,分析结果对青年颈椎病的临床诊治有指导意义。     

Bryan人工椎间盘置换术治疗颈椎病的研究进展

Bryan人工椎间盘置换术是治疗颈椎椎间盘退行性变的有效手段,与传统的颈前路植骨融合内固定术比较,颈椎人工椎间盘置换的最大优势在于在有效减压的同时重建节段的运动功能,使整个颈椎运动学特征最大程度地接近于置换前的生理状态,减少传统融合术后由于融合节段运动功能丧失所造成的相邻节段过度运动和应力集中,从而避免相邻节段退变的发生和发展.但没有统一的适应症标准、缺乏远期的临床观察、昂贵的费用等问题阻碍了其在临床上的广泛应用,该文着重进行颈椎人工椎间盘的生物力学特点、适应症与禁忌症、临床疗效以及并发症的文献综述.     

大鼠正中神经一级传入纤维在脊髓胶状质定位投射的定量分析——FRAP法

本文用抗氟化物酸性磷酸酶(FRAP)法和显微测量,对大鼠正中神经一级传入纤维在脊髓胶状质(SG)的定位投射进行了定量分析.大鼠正中神经向SG的纵向投射主要为C_5～T_1.C_5～T_1各节段SG水平向眉毛状反应带所测均值(mm)分别为0.888、0.935、0.957、0.905和 0.776,而正中神经向C_5～T_1各节段SG水平向投射所测均值(mm)分别在0～0.204、0～0.303、0～0.409、0～0.432和0～0.336的范围,这显示了正中神经投射区均位于SG的内侧带和部分中间带.     

双开门术后对颈椎稳定性及抗疲劳性的影响

目的:比较不同节段的双开门术后的三维稳定性及抗疲劳性,为改进手术方式提供生物力学依据。方法:新鲜成人颈椎标本16例(男、女各8例),随机分为4组,A组4例,B组5例,C组4例,D组三例;A组无特殊处理,B组对五例分别行C3、C4、C5、C6、C7各一个节段的双开门,C组对四例分别行C34、C45、C56、C67各两个节段的双开门,D组对三例分别行C345、C456、C567三个节段的双开门,各组棘突开口间距均为5mm。标本进行生物力学测试,标本进行生物力学测试,获得三维稳定性和抗疲劳数据,采用独立样本t检验及配对样本t检验。结果:A、B、C、D组的颈椎活动范围有明显的统计学差异(P0.05),各组在疲劳测试前后各个方向的运动范围有显著差异(P0.05)。结论:不同节段的双开门对椎体稳定性的影响不同,其双开门节段越多,对椎体的稳定性影响越大。     

OSAHS患者上气道和软腭的流固耦合有限元模型的建立

目的:重建OSAHS患者上气道和软腭的流固耦合有限元模型,研究OSAHS患者上气道及软腭气流动力学特征,为进一步探讨OSAHS的的发病机制奠定基础。方法:对一名中度OSAHS患者的上气道及周围组织进行MRI扫描,将以DICOM格式存储的扫描数据导入Mimics15.0软件中进行预处理,得到上气道和软腭的模型;再利用逆向工程软件Geomagic Studio 2013建立了2 mm气道壁;然后在3-D重建软件NX中,生成气道壁和气道以及软腭之间的组合模型;最后将该组合模型导入ANSYS Workbench13.0软件中,通过网格划分、定义材料属性、设定模型的边界条件操作建立了上气道和软腭的流固耦合有限元模型。结果:利用Mimics、Ansys等软件建立了完整的上气道和软腭的流固耦合有限元模型。共得到气道:2806835单元和529281个节点;气道壁:2304348单元和3487609个节点;软腭:131855单元和204784个节点。结论:本研究建立的上气道及软腭的流固耦合有限元模型符合人体的生物力学特点,为下一步的数值模拟实验提供了一个更真实、可靠的模型。     

两种颈椎椎管扩大成形术治疗多节段颈椎退行性疾病的临床疗效分析

目的分析两种颈椎椎管扩大成形术治疗多节段颈椎退行性疾病的临床疗效。方法选择2015年6月~2016年9月我院收治的74例行颈椎椎管扩大成形术患者为研究对象,按手术方法的不同随机分为实验组和对照组各37例,实验组使用单开门式椎管成形术行手术治疗,对照组使用双开门式椎管成形术行手术治疗,观察比较两组患者的手术时间、术中出血量、随访时间以及术后并发症发生情况,并采用日本骨科协会评估治疗(JOA)评分进行评定两组患者术前、术后1周和术后2个月的治疗效果。结果经治疗后,实验组患者的手术时间、术中出血量、随访时间以及并发症发生率均低于对照组,组间比较差异有统计学意义(P0.05);实验组患者术后的JOA评分显著优于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。结论单开门式椎管成形术治疗多节段颈椎退行性疾病的手术时间短,术中出血量少,并发症发生率低,能有效改善患者的症状,提高治疗效果。     

锁定钢板、交叉金属螺钉和可吸收螺钉固定治疗跟骨关节内骨折的生物力学比较

锁定钢板与经皮交叉螺钉(金属/可吸收螺钉)均可用于跟骨关节内骨折的临床治疗,但对三者间的生物力学稳定性差异目前尚缺乏了解.本研究拟对此进行分析,通过对一例尸体跟骨标本进行断层扫描,建立完整跟骨与典型SanderⅢ型跟骨骨折的三维有限元模型,对骨折模型分别模拟采用锁定钢板、交叉金属螺钉以及交叉可吸收螺钉固定,经距下关节对跟骨施加垂直向下载荷模拟跟骨的受力状况.有限元模型通过相同来源的跟骨标本进行验证.研究结果显示,完整跟骨的结构刚度高于骨折模型.3种骨折模型中,钢板固定刚度最高,但应力也高于两种螺钉固定模型.钢板固定模型的骨折端位移与金属螺钉固定模型相当,但小于可吸收螺钉固定模型.研究认为,锁定钢板和交叉螺钉均可用于跟骨关节内骨折的治疗,但金属螺钉固定可作为首选方案,因为其具有足够的生物力学稳定性,同时应力遮挡效应较小.     

半月板三维有限元模型的建立

目的：建立膝关节半月板三维有限元模型。方法：拍摄健康成人膝关节CT图像,使用Materialise Interactive Medical ImageControl System 10.0（Mimics10.0）、Freeform Modeling System 10（FMS10）、ANSYS12.0等软件建立半月板三维有限元模型并进行初步生物力学分析验证模型的有效性。结果：建立的半月板三维有限元模型几何形态与实体解剖标本相似性高。初步生物力学分析结果显示模型能准确反映半月板的生物力学特性。结论：采用CT扫描图像建立膝关节半月板三维有限元模型是切实可行的。     

半月板三维有限元模型的建立

目的:建立膝关节半月板三维有限元模型。方法:拍摄健康成人膝关节CT图像,使用Materialise Interactive Medical ImageControl System 10.0(Mimics10.0)、Freeform Modeling System 10(FMS10)、ANSYS12.0等软件建立半月板三维有限元模型并进行初步生物力学分析验证模型的有效性。结果:建立的半月板三维有限元模型几何形态与实体解剖标本相似性高。初步生物力学分析结果显示模型能准确反映半月板的生物力学特性。结论:采用CT扫描图像建立膝关节半月板三维有限元模型是切实可行的。     

结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙三维有限元模型

目的结合薄层CT技术建立下颌第一前磨牙三维有限元模型。方法对正常人下颌第一前磨牙进行薄层CT扫描及图像处理,通过Matlab和ANSYS软件建立三维有限元模型,并加载验证模型力学分析的可行性。结果建立了包含髓腔的下颌第一前磨牙的三维有限元模型,得到101564个单元,144053个节点。载荷后的应力分布主要集中在颊尖部位和根尖部位,牙颈部受力较小。结论薄层CT技术与Matlab和ANSYS软件相结合,建立包含髓腔的下颌第一前磨牙的三维有限元模型,精度高、速度快,使用灵活,为后期的楔缺模型建立和分析奠定了基础。     

中足载荷再分配的离体实验与有限元研究

罕有研究关注中足生物力学,这导致对足部生物力学的理解存在短板.本研究建立了一个足踝有限元模型,并用离体实验来对其进行验证,继而采用2种方法来研究中足生物力学.研究中,采用该模型和7具人体离体标本来模拟正常步态中的站立中期.模拟发现,中足骨骼结构的第一主应力峰值发生于舟骨,所有韧带中弹簧韧带的拉力最大.实验结果发现,中间楔骨为?26.2±10.8微应变,舟骨纵轴方向为?240.0±169.1微应变,横轴方向为65.1±25.8微应变.舟骨的解剖位置和弹簧韧带的作用对舟骨的力学环境影响至关重要,导致其剪切应力较大.力学载荷自踝关节分流至前足5个分支,在中足楔骨和骰骨发生了载荷的再分配.对其载荷再分配机制的研究在今后应该加强,将有助于对足部整体生物力学的理解和认识.     

单节段颈椎人工椎间盘置换术治疗颈椎病的临床研究

目的:探讨单节段颈椎人工椎间盘置换术(CDA)治疗颈椎病的临床效果。方法:选择2013年5月到2015年5月在我院收治的80例颈椎病患者,按手术方式不同分为颈椎人工椎间盘置换组(CDA组)和前路颈椎减压融合组(ACDF组),各40例。两组患者均于术前、术后3个月、术后6个月及术后1年进行末期随访时,采用颈椎功能障碍指数(NDI)评价患者颈部功能,采用颈痛视觉模拟评分(VAS)和上肢痛VAS评价患者颈部疼痛,采用X线片在过伸和过屈位测量患者术前和术后手术节段相邻节段的活动度。结果:两组患者术后3个月、6个月及术后1年时的NDI评分、颈痛VAS及上肢痛VAS均明显低于术前,差异具有统计学意义(P0.05),然而两组间比较差异无统计学意义(P0.05)。CDA组患者术后3个月、6个月及术后1年时的手术相邻上节段活动度和手术相邻下节段活动度与术前比较差异无统计学意义(P0.05),而ACDF组患者术后3个月、6个月及术后1年时均明显高于术前及同期CDA组,差异具有统计学意义(P0.05)。结论:单节段CDA治疗颈椎病的临床疗效与ACDF相近,另外其不会引起手术相邻节段活动度的增加,值得在临床上推广应用。     

基于生理发育时间和生长度日的烤烟生育期预测模型

利用2010-2011年在云南具有代表性的植烟县开展烤烟种植试验数据,建立基于生理发育时间和生长度日的生育期模型,再利用农业气象观测资料进行模型验证.结果表明：在移栽期之前,两种预测模型都有很好的模拟效果,平均误差日数较低,移栽期之后,受移栽、打顶等农事活动的影响,误差日数增大;使用生理发育时间法进行模拟的预测值与实测值符合度较好,尤其是在移栽期之前,平均误差日仅为2 d,预测精度明显高于生长度日法;受光周期效应的影响,生理发育时间模型在较低纬度地区的模拟效果偏差,而在较高纬度地区模拟精度较高.     

C_4植物玉米的光合-光响应曲线模拟研究

光是植物光合作用最基本的一个决定因子,准确分析光响应曲线及其参数是研究光合生理生态过程对环境变化响应的重要途径;但相关模型及其模拟的准确性仍待改进。该研究基于C_4作物玉米(Zea mays)不同干旱处理试验资料,比较研究了现有光响应模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型、二次函数模型以及新提出的改进模型)的适应性。结果表明,改进的光响应模型具有较好的精确度,可较准确地描述光响应曲线,也能够准确拟合最大净光合速率、光饱和点、光补偿点以及暗呼吸速率4个关键光合参数。该结果为研究植物光合生理生态过程及其环境适应性提供了一个改进的模拟方法。     

小尾寒羊颈椎前路椎间盘切除融合模型的建立及评估

目的 颈椎间盘突出症(cervical disc herniation, CDH)是骨科常见疾病之一,随着对该疾病研究的深入及颈椎内植物的发展,建立颈椎融合动物模型成为不可或缺的部分,目前国内对颈椎融合动物模型建立及评估的研究报道较少,本研究以期为颈椎融合相关研究提供完备的动物模型和内植物性能的评估方案。方法 选择小尾寒羊,改良术式后行颈椎前路椎间盘切除融合术(anterior cervical discectomy and fusion, ACDF),将聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)椎间融合器(interbody fusion cage, Cage)(对照组)、3D打印钛合金Cage(实验组1)及新方法钛合金Cage(实验组2)分别植入每只羊的不同颈椎节段(C2/3～C4/5),术后行血液学检测、组织病理学分析评估手术恢复情况及材料生物安全性,利用X光、CT、Micro-CT及定量分析、硬组织切片染色、生物力学试验评估内植物的骨长入及骨融合情况。结果 绵羊改良术式ACDF模型建立成功,血液学检测重要指标无显著性差异(P>0.05),组织病理学分...