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.     

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.     

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（英文）

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3.3 mm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0.5 mm,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0.5 mm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。     

百色盆地舌形刃重型工具的三维有限元应力分析

石器的使用是一个力学作用过程,其功能部位(有效刃缘)在使用过程中,常常会出现不同程度的磨蚀或者崩损,这是由于石器刃缘处受到加工对象的反作用力而形成的.本文针对百色旧石器中手斧、手镐等大型工具类型出现较多的具有显著功能特点的舌形刃缘,尝试了用有限元方法做应力分析.通过对百色盆地13个地点(或遗址)的44件石器的舌形刃缘所进行的3D力学模型分析表明,这类工具受力是不均匀的,舌形刃缘部位是高应力部位,当外力加载到一定阈限时,舌形刃缘会发生崩损,而器身不发生破坏,这与实际标本观察结果相吻合.结果还表明在模拟纵向受力(代表劈裂和砍砸)和横向受力(代表挖掘)两种工况下,纵向受力的应力值远小于横向受力,说明这类工具可能更适于劈裂和砍砸.本文为有限元方法在石器力学研究方面的应用作了有益的尝试.     

不同嵌体修复MOD洞型的三维有限元分析

目的：建立近中-合面-远中（MOD）洞型嵌体修复下颌第一磨牙的计算机三维实体和有限元模型,并进行初步应力分析。方法：通过螺旋CT扫描,利用Mimics、GeomagicStudio7等图像处理软件建立第一恒磨牙的云纹点模型,通过UG软件建立下颌第一恒牙的三维几何模型,通过有限元软件ABAQUS进行网格划分,并在MSC．MARC有限元软件中建立下颌第一磨牙三维有限元模型。结果：建立起包含牙釉质、本质、髓腔以及牙槽骨的精细下颌第一磨牙三维有限元模型。结论：将CT扫描技术、数字图像处理技术与有限元方法结合起来,建立出高精度的下颌第一磨牙MOD洞型的三维有限元模型,为MOD洞型采用嵌体修复提供了研究手段．     

人工髋关节置换术中股骨假体周围骨折的影响因素回归分析及其相关性

目的:研究人工髋关节置换术中股骨假体周围骨折的影响因素及其相关性,为人工髋关节置换术中股骨假体周围骨折的预防和诊治提供科学依据。方法:选取本院2012年11月至2013年9月施行髋关节置换手术的患者780例,搜集各研究对象的一般资料(年龄、性别等)以及随访观察其髋关节置换手术后股骨假体周围骨折的发生情况,把股骨假体周围骨折的发生情况与性别、年龄、固定类型等因素进行Logistic回归分析。结果:780例施行髋关节置换手术的患者中,有52例患者术后出现股骨假体周围骨折,总发生率为6.7%;其中A型31例,B型18例(B1型6例,B2型7例,B3型5例),C型3例。女性的发生率(8.5%)高于男性(4.7%),老年患者中股骨假体周围骨折的发生率最高(10.1%),生物型假体固定者的发生率(8.7%)高于骨水泥型假体固定者(3.8%),人工髋关节翻修术中股骨假体周围骨折的发生率最高(11.4%),股骨假体周围骨折发生的危险因素为女性、高龄、使用生物型假体固定,OR值分别为5.301、3.675和2.336。结论:人工髋关节置换术中的危险因素为女性、高龄、使用生物型假体固定,临床医生应在术前对行人工髋关节置换术手术者进行充分的评估,制定合理的手术方案及选择合适的固定方式。     

恐龙蛋壳在外力作用下的三维有限元分析及其意义*

研究恐龙蛋壳在外力作用下的三维应力分布有助于了解恐龙蛋在自然埋藏下的破坏规律及其稳定性,大型通用有限元软件ANSYS为研究恐龙蛋壳的破坏规律提供了一种更为直观的方法。利用ANSYS有限元软件对产自山东莱阳的金刚口椭圆形蛋、广东南雄的瑶屯巨形蛋和粗皮巨形蛋,以及一窝未经描述过的发现于江西赣州的长形蛋科成员分别建立有限元模型,对其在50KPa均布荷载下的三维应力分布进行模拟计算,得出在外力作用下三维应力分布的精细化图像。结果表明最容易破坏区域位于蛋壳的钝端直径与尖端直径之间,且越靠近钝端直径越容易破坏,这与研究标本所观察到的破坏规律相一致,也与恐龙孵化出壳位置相吻合。钝端与尖端直径差别越大,两端的等效应力差别越明显,随着赤道半径与蛋壳厚度之比(R/h)的增大,蛋壳抵抗外部荷载的能力下降,蛋壳越容易破坏。     

LISS-DF近端螺钉不同固定方式的有限元分析

目的研究LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉不同固定方式对应力分布规律的影响,寻找符合生物力学原理的固定方式,为临床应用提供理论依据。方法在ANSYS9.0软件中建立LISS-DF钢板固定股骨远端骨折（AO/OTA33-A3型）的实体模型和有限元模型。在近端螺钉不同单、双皮质固定方式下,通过模拟生理应力做轴向加载实验并进行有限元计算和分析。结果1、3孔单2、4孔双皮质固定时,近端螺钉最大应力值在不同固定方式中最小为24.21975Mpa,位移值为0.131424um与其它固定方式相当且均较小,说明该固定方式可以取得较好的力学效果。结论近端螺钉靠近骨折端处双皮质固定,其余螺钉间隔单双皮质固定时,可以减少应力集中现象,得到更好的把持力,使固定更牢固,从而降低固定失败的风险性。     

人工半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定术后生物力学的有限元分析

目的:建立人工半骨盆假体置换与联合腰椎椎弓根螺钉固定后的三维有限元模型,评价腰骶段生物力学改变后半骨盆假体力学结构的特点。方法:采用CT薄层扫描采集原始数据,分别建立正常骨盆、半骨盆假体置换术后以及半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定术后骨盆的三维有限元模型,分别在第4腰椎上终板平面施以500 N的垂直纵向载荷,分析不同骨盆模型的应力分布特点。结果:与正常骨盆有限元模型相比,半骨盆假体置换术后健侧骨盆应力分布以骶髂关节、髋臼窝及耻骨为主,置换侧半骨盆假体以耻骨连接棒、髋臼杯及髂骨座为主,最大应力出现在耻骨连接棒,应力峰值为65.62 MPa。联合腰椎椎弓根螺钉固定后健侧应力相对减小,置换侧髂骨固定座与骶骨固定处应力相对减小,应力分布以腰椎椎弓根钉棒、耻骨连接棒及髋臼杯为主,最大应力出现在椎弓根螺钉,应力峰值为107 MPa。结论:半骨盆假体置换联合腰椎椎弓根螺钉固定后钉棒分担了半骨盆置换后健侧骨盆及置换侧髂骨固定座与骶骨固定处附近的部分应力,缓解应力集中现象,降低术后骨盆破坏风险,一定程度上增加了半骨盆置换后骨盆的稳定性。     

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。     

A Comparative Analysis of Different Treatments for Distal Femur Fractures using the Finite Element Method

The main objective of this work is the evaluation, by means of the finite element method (FEM) of the mechanical stability and long-term microstructural modifications in bone induced to three different kinds of fractures of the distal femur by three types of implants: the Condyle Plate, the less invasive stabilization system plate (LISS) and the distal femur nail (DFN). The displacement and the stress distributions both in bone and implants and the internal bone remodelling process after fracture and fixation are obtained and analysed by computational simulation. The main conclusions of this work are that distal femoral fractures can be treated correctly with the Condyle Plate, the LISS plate and the DFN. The stresses both in LISS and DFN implant are high especially around the screws. When respect to remodelling, the LISS produces an important resorption in the fractured region, while the other two implants do not strongly modify bone tissue microstructure.     

A Three-Dimensional Finite Element Analysis of Heat Transfer in the Forearm

Abstract

The finite element method was used to analyze heat transfer within a section of the forearm while exposed to different ambient conditions and with different metabolic states. The three-dimensional model accounts for the different material properties of bone, muscle and blood and incorporates a single artery-vein pair for counter-current heat exchange. The geometry of the model was developed from anatomical cross-sectional images of the forearm. The model was used to determine the effects or rest vs. exercise, free vs. forced surface convection and 0°C vs. — 20 °C external temperatures. The results of the model were compared to experimental data and the model exhibits qualitatively correct behaviour. This model can be used to study hyperthermia, burns and cryogenic freezing of tissue.