首页 > 文献资料
-
近中移动下颌第二恒磨牙的三维有限元分析
目的了解下颌第二恒磨牙不同载荷下近中移动时的位移及应力分布情况.方法在建立的下颌第二恒磨牙及其牙周组织的三维有限元模型牙体部分,相当于颊面管的部位模拟加力,以及模拟颊舌侧同时加力的情况,计算和分析牙体各个部位的应力分布情况.结果牙体平行移动时(M/F为8∶1),其应力分布比较均匀.在加力点处,牙体颈缘处及根分叉区应力比较集中.根尖部位没有高应力集中.结论下颌第二恒磨牙近中移动时,颊舌侧同时加力并且施加适当的近远中向的力矩,有利于牙齿的整体平行移动.
-
基于有限元和k空间伪谱法的光声成像仿真平台
计算机仿真技术对于光声成像的理论研究和实际应用具有重要意义.该文利用开源工具箱k-Wave搭建了基于Matlab的光声成像仿真平台.该平台以有限元方法和k空间伪谱法为数值计算基础,实现了对光声成像前向和后向过程的仿真计算,并设计实现了图形用户界面.给出了整个平台的结构设计、工作流程以及其他设计细节.通过和光声信号理论波形的对比,验证了该平台的可靠性;通过和COMSOL软件进行重建结果的对比,验证了该平台的有效性,从而为光声成像技术的研究提供了一种可靠的仿真技术.
-
LISS钢板治疗股骨远端骨折有限元建模及分析
目的 建立LISS-DF治疗股骨远端骨折近端螺钉不同单双皮质固定的三维有限元模型,并进行初步生物力学分析.方法 提取CT图片相关数据,利用自行编写程序生成命令流文件,建立完整股骨以及16个不同LISS-DF治疗股骨远端AO分型33-A3型骨折的实体模型(钢板和股骨不接触、螺钉分别固定于钢板和股骨),进行网格划分.分析不同载荷作用下完整股骨和LISS钢板近端螺钉全双皮质固定治疗骨折的模型受力状况.结果 建立了相关的有限元模型.不同载荷作用下,LISS钢板近端螺钉全双皮质固定模型和完整股骨的应力集中均位于股骨颈内侧和股骨干外侧中下1/3处.相同载荷作用下,LISS钢板近端螺钉全双皮质固定模型的股骨颈部大等效应力值略减小,股骨干大等效应力值明显减小.结论 研究建立的三维有限元模型,为应用LISS治疗股骨骨折的生物力学分析提供了良好的实验平台和基础.从生物力学角度而言,LISS-DF近端螺钉全双皮质固定为治疗股骨远端复杂骨折的有效方法.
-
有限元分析方法在口腔临床中的应用进展
一、前言有限元法(finite element method,FEM)是一种实用有效的理论应力分析方法.该方法首先把连续的弹性体分割为有限个单元,以其结合体来代替原弹性体,然后借助计算机进行数据的处理及运算,对连续体离散成的有限个单元进行力学分析,并由此获得整个连续体的力学性质特征.
-
松质骨吸能特性分析
目的 对不同位置、具有不同受力特性的4种松质骨细观模型进行吸能特性分析.方法 使用有限单元法计算在单向冲击荷载下4种模型的吸能特性.结果 根据各个模型的比吸能值,发现棱柱形细观结构模型为理想的吸能模型.为全面了解棱柱形细观结构模型的力学特性,进一步对其进行屈曲分析和扩展分析,发现1阶屈曲荷载为248.11 Mpa,单元间的影响对棱柱模型影响很小.结论 处于不同位置松质骨的4种细观结构模型,可根据受力特点,作为吸能材料的细观结构模型,特别是可作为缓冲吸能复合材料夹层的细观模型.
-
金属对金属人工髋关节边缘接触效应
目的 研究金属对金属人工髋关节不同行走姿态下的接触力学行为,特别是大幅度运动可能导致的边缘接触效应.方法 建立球面共型接触的髋关节有限元模型,通过改变髋臼相对股骨头的倾斜状态和对股骨头施加恒定竖直方向载荷相结合,等效模拟分析人工髋关节不同行走姿态下的接触状态.结果 髋臼相对股骨头倾角在小于约60°范围内增加时,其对应的大接触压力呈下降趋势,接触面积有所增大;当倾角超过80°范围时,关节接触区域因靠近髋臼边缘,大接触压力位置由初始接触点向髋臼倾斜方向移动了约6°～9°的位置,用以满足压力分布合力与外载荷的平衡,接触压力和分布范围有所增加.结论 髋臼相对股骨头较大倾斜状态极易引起不同的边缘接触现象,置换人体髋关节产生的边缘接触问题需要引起临床外科和关节制造上的重视.
-
有限元法在腰椎融合术与置换术生物力学研究中应用进展
回顾近年来有限元法(finite element method,FEM)在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学中的研究进展,并对其应用前景进行展望.通过归纳整理,得出FEM在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学中的研究要点是手术方案的优化选择、植入器械的性能评价和临床手术的效果预测.后依据当前的研究要点和发展方向,对FEM在个性化手术模拟、弹性内固定性能评价和新型术式效果预测等方面的应用前景进行展望.通过对FEM在腰椎椎间融合术与人工椎间盘置换术生物力学研究中的应用进展进行回顾和展望,以期为临床腰背痛疾病的手术治疗提供更加全面和系统的理论指导.
-
颅脑有限元模型的研究进展及应用
有限元法(finite element method,FEM)是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种数值分析方法,同时也是一种比较先进的生物力学研究方法.FEM早期应用于工程科学技术领域,近几年来,生物医学工程领域已经广泛应用FEM进行脑方面的研究.随着交通、运输业的发展,颅脑损伤发生的概率越来越高,严重威胁着人类的身体健康.通过建立颅脑有限元模型,可以很好地研究颅脑损伤的生物力学机制.总结颅脑有限元模型的建立、发展和应用,并对未来的研究方向进行展望.
-
骨功能适应性数值模拟的若干进展
骨能够响应外部力学载荷,在特定位置生成或吸收骨组织不但可以提高骨的力学功能效率,而且还能及时修复日常载荷下骨内产生的微裂纹,以防止骨折并延长骨骼寿命,这称为骨功能适应性.与传统实验研究方法相比,计算机数值模拟具有可控性、可行性和可预测性等优势.鉴于骨功能适应性机制研究有重要的力学生物学理论意义和骨科临床的实用价值,本文对近年来国内外骨功能适应性数值模拟的新进展作一综述.
-
三维有限元分析在脊柱生物力学中应用研究
三维有限元分析方法作为脊柱生物力学研究方法之一,随着人们对脊柱力学特性的认识,有限元分析软件在国内外不断开发与应用,不但促进了有限元技术的发展,而且推动着脊柱生物力学研究更深入发展.作者从有限元法概念及原理、脊柱有限元模型构建、颈椎和腰椎三维有限元应用、内固定器械三维有限元分析等方面综述了近年来的一些研究进展.
-
三维有限元分析角度基台对种植体骨界面应力分布的影响
目的采用三维有限元的方法,分析各种角度基台对种植体骨界面应力、应变分布的影响,为临床使用提供理论参考.方法采用CT薄层扫描,建立含种植体的下颌骨三维有限元模型.模拟咀嚼肌加载,用ALGOR软件分析直基台和10°、20°、30°角基台修复时,种植体骨界面应力、应变分布的不同.结果用数值和图的形式显示综合应力、大和小主应变.直基台修复时,综合应力集中于种植体颈部骨皮质,种植体底部次之.随基台角度的增加,种植体骨界面综合应力、大和小主应变值均从集中于种植体颈部转移至底部.结论随基台角度的增加,种植体骨界面应力、应变均增大;30°角基台修复时,其应力、应变增大显著.
-
人工髋关节承载状况下股骨柄应力的计算与分析
目的建立全髋关节置换术后的三维有限元模型,分析研究股骨柄的应力分布,为临床应用提供理论依据.方法应用目前先进的大型有限元分析软件ABAQUS,对人工髋关节在不同条件下股骨柄的主要力学性能,即应力分布状况进行了较为详细的计算与分析.结果①在不同的边界条件和不同的承载状态下,股骨柄的应力均是随着受力方向α的增大而不断增大.②不同的边界条件对股骨柄的应力值影响较大.③应力值均与承载大小成正比,但应力分布曲线有所不同.结论①接受人工髋关节置换术患者在日常生活中应避免髋关节的活动范围过大(α＜30°);②当仅有下三分之一股骨柄结合良好的情况下,无论承载大小,应力均随受力方向α(α＞25°)的加大而不断的急剧增加,说明在受到意外暴力时容易出现骨折或股骨柄断裂;③当股骨柄与人体股骨结合不良的情况下,即使患者髋关节的活动范围较小,股骨柄的应力值仍较大.
-
髋臼周围肿瘤切除后功能重建手术的仿真建模方法
目的 研究一套髋臼周丽肿瘤切除后重建骨盆环及其内定定系统的精确、快捷的有限元建模方法.方法 首先将第三腰椎至股骨中段及内固定系统行CT扫描后导入医学有限元建模软件Simplewareq中处理,用可视化装配法生成含内同定系统的骨盆环 STL 模型,然后经 Geomagic 软件修补优化后生成实体模型,并对模型的几何精度进行误差分析.后导入Abaqus软件中进行有限元分析前处理,生成重建手术的有限元模型并进行计算分析.结果 建立了包括韧带在内的髋臼周围肿瘤切除后重建手术的有限元模型.模型有较高几何相似性及力学相似性.结论 椎弓根钉棒重建法较理想的代偿了缺损区的力传导途径,术后骨盆结构完整,力学响应稳定;可视化装配法简化了含有复杂内固定器系统的有限元建模过程,高精度的逆向工程软件和优化操作保证了模型的精确度.
-
椎体-椎间盘固液耦合的轴对称表达、建模与分析
目的 研究集中载荷作用下椎体-椎间盘的固液耦合问题.方法 将椎体-椎间盘视为多孔介质材料,包含固体骨架和隙间流体两相,采用Biot固液耦合方程描述两相影响过程.建立固相平衡方程与液相连续性方程的轴对称表达形式,应用加权残值法得到耦合方程轴对称表达的等效积分形式,离散后得到有限元格式,对时间的离散采用隐式向后差分法.应用有限元程序对椎体-椎间盘的轴对称模型进行数值分析.结果 在集中力作用下,椎体-椎间盘孔隙压力随着时间的增大而减小,同时位移随着时间的增大而增大,逐渐两者趋于平衡;压力与位移在力作用点处大,以此为中心向四周递减.结论 载荷对孔压和位移有显著影响;计算结果与现有文献结果基本相符.
-
无托槽矫治器作用下上颌尖牙的生物力学研究
目的 在无托槽矫治器作用下,研究分析上颌尖牙的生物力学,了解无托槽矫治器的作用力系以及作用效果.方法 建立包括牙槽骨、牙周膜和牙髓在内的上颌尖牙三维有限元模型及其无托槽矫治模型.根据尖牙向外倾斜的畸形情况,设计多个模拟算例.在此基础上分析无托槽矫治器的力、力偶和力矩等,并分析无托槽矫治器作用下的矫治力和应力分布.同时与传统的有托槽固定矫治器的相关结果作对比分析.结果 分别在无托槽和传统的有托槽固定矫治器作用下,上颌尖牙的牙周各组织应力大值相近,并且应力变化趋势相似.结论 通过设计合理的无托槽矫治器,可以控制牙齿的移动,从而达到良好的临床治疗效果.
-
不同直径种植体对即刻负载种植体骨界面应力分布的影响
目的 建立包含螺纹种植体的下颌骨三维有限元模型,分析不同直径种植体对即刻负载种植体骨界面应力、应变的影响.方法 采用CT扫描和自主开发的USIS软件建立不同直径螺纹种植体即刻负载的三维有限元模型,用ANSYS软件分析直径为3.3、4.1、4.8 mm的种植体,在垂直和颊舌向45°加载150 N力时种植体骨界面的von Mises应力、应变值.结果 垂直加载时,种植体骨界面的应力集中于颈部,应变集中于底部颊侧;三种直径种植体骨界面颈部的von Mises应力大值分别为25、17.6、11.6 Mpa,应变大值分别为1 853、1 303、1 293 με.颊舌向加载时,种植体骨界面的von Mises应力、应变值均明显增大,均主要集中于颈部舌侧;三种直径种植体骨界面颈部的von Mises应力大值分别为131.1、78.7、68.1 Mpa,应变大值分别为9 622、5 892和5 816με.结论 随直径的增大,种植体骨界面的应力、应变都呈下降趋势,以直径从3.3 mm增大到4.1 mm为显著.认为采用即刻负载技术的螺纹种植体大小至少要4.1 mm×10 mm以上,而且要尽量避免受到非轴向力.
-
隐形矫正器作用下牙颌组织的生物力学实验分析
目的 研究分析牙颌组织在隐形矫治器作用下的生物力学特性,以及隐形矫正器的作用力系和作用效果.方法 建立包括牙齿、牙周膜和牙槽骨在内的上颌三维有限元模型.根据正畸过程中牙齿的典型移动情况,设计多个矫正方案模拟.在此基础上分析在隐形矫治器作用下的牙颌组织的应力和应变情况.同时与传统固定矫治器的相关分析结果 进行对比.结果 隐形矫正器与传统的固定矫治器作用下牙颌组织的应力应变分布相近,且应力变化趋势相似.结论通过合理设计隐形矫治器,可以实现畸形的矫正及满足矫正过程中患者对美观的要求.
-
脊柱侧凸三维有限元模型的建立及其意义
目的 建立胸腰段脊柱侧凸的三维有限元模型.方法 螺旋CT扫描脊柱侧凸患者T6椎体上缘至L1椎体下缘,所得图片经Photoshop处理后导入Simpleware软件,采用实体建模方法构建出每一椎体及椎间盘的实体模型,经过逆向工程软件Geomagic光滑、组装后导入有限元分析软件ABAQUS,进行网格划分建成脊柱侧凸的有限元模型.结果 所建模型共划分了232315个单元,356830个节点,模型结构完整,单元划分精细,外观逼真,几何相似性好,能精确测量一定载荷下的应力和位移分布.结论 本研究所建有限元模型有助于脊柱侧凸的生物力学研究,对于脊柱侧凸的治疗及个性化矫形支具的设计具有指导意义.
-
Chiari骨盆截骨术中外展肌张力对股骨头软骨生物力学影响的三维有限元分析
目的 探讨Chiari骨盆截骨术中外展肌力负荷对股骨头软骨的生物力学影响.方法 建立Chiari骨盆截骨术的髋关节三维有限元模型,应用非线性接触压力分析方法,观察不同的外展肌力负荷条件下关节软骨接触压力及软骨下骨应力分布.结果 Chiari术后关节软骨的接触压力和股骨头软骨下骨应力明显降低,接触面积明显增加.随着外展肌力负荷的降低,接触压力的重新分布更加明显.对应于原髋臼软骨的压力逐渐降低,新髋臼软骨的压力逐渐升高.股骨头软骨下骨应力也进一步降低.而术后关节软骨的接触面积改变不大.结论 外展肌力负荷所引起的生物力学改变在Chiari骨盆截骨术中起重要作用.
关键词： Chiari骨盆截骨术 髋关节外展肌 有限元法 应力 -
人工股骨柄形状和表面处理对置换术后假体和人体股骨应力分布影响的有限元分析
目的 建立人工髋关节置换术后的三维有限元模型,分析研究人工股骨柄、骨水泥和人体股骨的应力分布.方法 应用三维重建软件及Pro/Engineer建模软件和ABAQUS有限元分析软件计算分析人工股骨柄中空形状和柄部预处理范围对置换术后假体和人体股骨应力分布的影响.结果 (1)倒立圆锥形中空特征的骨水泥固定型股骨柄的应力小,其股骨柄周围骨水泥近端应力亦较低.(2)具有上涂层骨水泥的股骨柄可使骨水泥近端产生的应力减小,且股骨柄与骨水泥二者之间的剪力和相对滑动亦较小.(3)随着非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围的增加,人体股骨上的应力范围下移,人体股骨近端的应力减小.结论 (1)采用倒立圆锥形中空特征的人工股骨柄有助于降低人体股骨近端与假体接触区的应力遮挡效应.(2)采用股骨柄上涂层骨水泥的方法,可增强股骨柄与骨水泥界面的结合强度,有利于降低人工髋关节置换术后的假体松动.(3)非骨水泥固定型股骨柄微孔涂层范围对人体股骨的应力有明显的影响,微孔涂层范围过大不利于保持适中的人体股骨的应力和股骨柄的固定.
