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。     

股骨近端三维有限元模型评价髋部骨折患者骨密度

目的：探究骨密度与老年髋部骨折股骨近端三维有限元模型密度的关系。方法：选取8 例老年髋部骨折,其中4 例股骨颈骨 折,4 例股骨转子间骨折;左侧肢体3 例,右侧肢体5 例。分别测定腰椎骨密度和双侧髋关节CT 资料,运用Mimics软件和abaqus 软件对健侧股骨近端进行重建和计算出该模型的密度。结果：股骨转子间骨折组腰椎骨密度为(-4.05± 0.24) g/cm2,三维有限元模 型密度为[(1.15± 0.02)× 106],均低于股骨颈骨折组的(-3.15± 0.54) g/cm2,[(1.34± 0.06)× 106],两组比较差异均有统计学意义（均 P<0.05）。腰椎的骨密度与三维有限元模型密度成线性正相关（r=0.881,P=0.004）。结论：骨密度与老年髋部骨折股骨近端三维有限 元模型密度成线性正相关的关系,可为进一步用有限元分析法探讨老年髋部骨折部位与骨密度的关系提供理论依据。     

下颌第一前磨牙不同角度楔状缺损的三维有限元应力分析

目的探讨不同角度的楔状缺损载荷后应力分布状况。方法建立下颌第一前磨牙颊颈部深度为1mm,夹角分别为30°、60°、90°、120°的楔状缺损有限元模型,以未发生楔缺的完整牙体作为对照,加载100N轴向力后,分析楔状缺损局部、楔缺顶部及楔缺尖端所在横断平面的应力分布状况。结果建立了下颌第一前磨牙不同角度楔状缺损的三维有限元模型;载荷后各楔缺模型颈部缺损区域应力分布趋势均为自牙体外表面向髓腔侧递增;不同角度的楔缺模型在楔缺尖端所在平面上的应力集中于颊侧偏近中区域,接近楔缺顶部直线,完整牙体模型在楔缺尖端所在平面上的应力亦集中于近中颊区域,但应力值明显小于各楔缺模型;在楔状缺损顶部直线,各模型应力的分布规律相类似,最大值均为接近近中边缘的节点,范围分布在20.0～26.4MPa;最小值均为最远中的节点,范围分布在6.4～7.9MPa。所有的缺损模型其应力接近,均明显高于完整牙体的应力分布。结论1 mm深度的缺损情况下,不同角度的模型应力的分布情况接近,均较完整牙体有明显的颈部应力集中,其中最明显的集中点位于缺损内的近中颊侧牙体中。     

微种植体支抗内收及压低上前牙的有限元研究

目的:探讨在利用微种植体支抗整体内收前牙过程中增加前牙区不同位置压低力对上颌前后牙的生物力学效应的影响。方法:采用螺旋CT扫描获取图像并结合MIMICS等软件进行三维重建,建立拔除上颌第一前磨牙整体内收前牙的三维有限元模型,分析利用第二前磨牙与第一磨牙间微种植体整体内收前牙过程中,增加前牙区不同位置压低力后前后牙的生物力学效应。结果:增加前牙区压低力后,前牙舌向倾斜移动明显减小,不同位置的垂直向力对前牙的影响不同,第一磨牙在整体内收过程中表现为远中倾斜移动。结论:1增加前牙区压低力能够实现对前牙转矩的有效控制;2增加前牙区的压低力使前牙更趋向于整体移动;3在微种植体支抗内收前牙过程实现了较好的垂直向控制。     

基于CT的股骨有限元模型的建立及髋关节中空多孔假体植入后受力分布的初步研究

利用有限元分析的方法,对髋关节中空多孔假体植入后的受力分布改变进行研究,为改进中空多孔人工关节假体的设计提供依据.建立了股骨和假体三维有限元模型,应用有限元分析软件Ansys5.7模拟单腿负重状态,考察应力分布并进行比较.使用SPSS Statistics 17.0软件进行分析处理,绘制折线图.结果表明:a.开孔后张力侧最大压应力有所减小,开孔部位的应力水平变化不明显.b.与周围骨质形成连接后孔缘局部应力增加,张力侧受力改变不明显.c.短柄假体受力模式仍为远端应力集中;张力侧应力减小,开孔部位应力明显增加.d.下孔受力均大于上孔,受力方向基本一致.     

股骨骨折术后1 年随访骨愈合模型的有限元分析

目的：对股骨骨折髓内钉术后1 年骨愈合模型快速建模,通过有限元分析研究对比术前术后模型,通过术前判定内固定取出后骨折断端是否断裂。方法：运用Mimics、Geomagic Studio、Abaqus等软件采用快速个体化建模方法对股骨骨折髓内钉术后1年内固定取出术前后的多层螺旋CT 数据进行快速建立模型,术前模型模拟剥除钢板后进行有限元分析,施加人体单腿站立时的静力载荷和约束,并将分析结果与术后模型进行对比,观察米塞斯应力分布情况、最大值及其所处部位。结果：按照材料属性进行区别显示米赛斯应力的最大值及最小值,在不同应力载荷下,手术前后各类型材料的米赛斯应力最大值及最小值部位相同,各类型材料中,最大值均没有位于骨折断端,不同方法的最大应力值部位相近,均在股骨中远端1/4 交界处,手术前后应力分布基本相同。结论：采用个体化建模方法可以对骨折内固定取出前的骨愈合模型进行运算分析,快速预判术后是否导致骨折断端断裂。     

股骨骨折术后1年随访骨愈合模型的有限元分析

目的：对股骨骨折髓内钉术后1年骨愈合模型快速建模,通过有限元分析研究对比术前术后模型,通过术前判定内固定取出后骨折断端是否断裂。方法：运用Mimics、Geomagic Studio、Abaqus等软件采用快速个体化建模方法对股骨骨折髓内钉术后1年内固定取出术前后的多层螺旋CT数据进行快速建立模型,术前模型模拟剥除钢板后进行有限元分析,施加人体单腿站立时的静力载荷和约束,并将分析结果与术后模型进行对比,观察米塞斯应力分布情况、最大值及其所处部位。结果：按照材料属性进行区别显示米赛斯应力的最大值及最小值,在不同应力载荷下,手术前后各类型材料的米赛斯应力最大值及最小值部位相同,各类型材料中,最大值均没有位于骨折断端,不同方法的最大应力值部位相近,均在股骨中远端1/4交界处,手术前后应力分布基本相同。结论：采用个体化建模方法可以对骨折内固定取出前的骨愈合模型进行运算分析,快速预判术后是否导致骨折断端断裂。     

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。     

等参变换在人体左心室三维有限元机械模型中的应用

基于人体左心室的纤维结构和可以真实反映心电兴奋传播过程的心脏电模型,建立了采用复合材料分析方法的左心室三维等参有限元机械模型,本文主要介绍了等参变换思想、方法在建模分析中的特色应用,如基于纤维结构的等参有限单元离散,考虑非均匀性的材料参数和等参变换、层和数值积分和考虑复杂边界条件及负载特性的逆变换等均是运用等参变换的思路来复杂的生理结构问题,最后给出了基于该方法的模型应用。     

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。     

Three-dimensional Orthotropic Viscoelastic Finite Element Model of a Human Ligament

Ligaments undergo finite strain displaying hyperelastic behaviour as the initially tangled fibrils present straighten out, combined with viscoelastic behaviour (strain rate sensitivity). In the present study the anterior cruciate ligament of the human knee joint is modelled in three dimensions to gain an understanding of the stress distribution over the ligament due to motion imposed on the ends, determined from experimental studies. A three dimensional, finite strain material model of ligaments has recently been proposed by Pioletti in Ref. [2]. It is attractive as it separates out elastic stress from that due to the present strain rate and that due to the past history of deformation. However, it treats the ligament as isotropic and incompressible. While the second assumption is reasonable, the first is clearly untrue. In the present study an alternative model of the elastic behaviour due to Bonet and Burton (Ref. [4]) is generalized. Bonet and Burton consider finite strain with constant modulii for the fibres and for the matrix of a transversely isotropic composite. In the present work, the fibre modulus is first made to increase exponentially from zero with an invariant that provides a measure of the stretch in the fibre direction. At 12% strain in the fibre direction, a new reference state is then adopted, after which the material modulus is made constant, as in Bonet and Burton's model. The strain rate dependence can be added, either using Pioletti's isotropic approximation, or by making the effect depend on the strain rate in the fibre direction only.

A solid model of a ligament is constructed, based on experimentally measured sections, and the deformation predicted using explicit integration in time. This approach simplifies the coding of the material model, but has a limitation due to the detrimental effect on stability of integration of the substantial damping implied by the nonlinear dependence of stress on strain rate. At present, an artificially high density is being used to provide stability, while the dynamics are being removed from the solution using artificial viscosity. The result is a quasi-static solution incorporating the effect of strain rate. Alternate approaches to material modelling and integration are discussed, that may result in a better model.     

不同材料充填修复下颌第一前磨牙楔状缺损的应力分析

目的研究三种材料对两种角度下颌第一前磨牙楔状缺损的修复效果。方法在下颌第一前磨牙颊颈部深度为1mm,夹角分别为30°、90°的楔状缺损有限元模型上用银汞合金、复合树脂和玻璃离子粘固粉三种材料进行缺损修复,以未修复的楔模型为对照,加载100N轴向力后,利用三维有限元方法进行牙颈部应力分析。结果三种材料修复均改善了缺损牙体的应力集中。银汞合金修复体较其他两种材料承受了更大的应力,使缺损局部牙体应力集中状况得以更多缓解,在角度增加时作用更明显。复合树脂最有效降低牙体内部区域的应力集中。结论楔状缺损充填修复可缓解缺损区牙体硬组织的应力集中,复合树脂相对理想。     

过盈植入对种植体-骨界面应力分布影响的三维有限元分析

目的:应用三维有限元分析法研究牙种植体过盈植入对种植体-骨界面接触压力的影响.方法:选择直径为3.3mm的ITI种植体和成人离体下颌骨,模拟种植体植入下颌骨内,过盈量为0.5mm,建立三维有限元模型,应用ANSYS软件分析种植体-骨界面的应力分布情况.结果:种植体周围骨最大应力为48.796 MPa,应力分布均匀.种植体所受应力主要集中于颈部,最大应力值为87.832 MPa.结论:过盈量为0.5mm时,种植体-骨界面所产生的应力值在骨组织所能承受的最大应力值范围内,种植体所受到的应力值远远小于钛的屈服强度,从生物力学角度,周围骨所受应力在骨组织能够承受范围,种植体也不会断裂,过盈联结在临床种植时有其可行性.     

带有迁移的疟疾病与疟蚊数学模型的交替方向有限元法及其数值分析

对带有扩散问题的Ross-Macdonald模型提出两种交替方向有限元格式,并得到最优的L^2和H^1模估计。