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防旋股骨近端髓内钉Ⅱ和亚洲股骨髓内钉内固定修复老年股骨转子下骨折的生物力学分析
背景：关于老年股骨转子下骨折不同内固定方式的生物力学研究比较多，但关于比较防旋股骨近端髓内钉(Proximal Femoral Nail Antirotation，PFNA)-Ⅱ和亚洲股骨髓内钉固定老年股骨转子下骨折的研究不多。目的：探讨两种髓内钉PFNA-Ⅱ和亚洲股骨髓内钉固定老年股骨转子下骨折的生物力学特点。方法：建立PFNA-Ⅱ和亚洲股骨髓内钉固定股骨转子下骨折的三维有限元模型，三维有限元法分析股骨转子下骨折PFNA-Ⅱ固定和亚洲股骨髓内钉固定的应力分布和位移情况。结果与结论：①PFNA-Ⅱ髓内固定系统的整体大应力、主钉大应力和髋螺钉或螺旋刀片大应力值均高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统，PFNA-Ⅱ髓内固定系统的远端锁钉大应力值和股骨头表面大应力值低于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统；②PFNA-Ⅱ髓内固定系统的大位移主要集中在大转子部和股骨头下极，亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的大位移主要集中在大转子部，PFNA-Ⅱ髓内固定系统的大位移高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的大位移；PFNA-Ⅱ髓内固定系统的大轴向分位移高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统；PFNA-Ⅱ髓内固定系统的大矢状面分位移高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的大矢状面分位移；PFNA-Ⅱ髓内固定系统的大冠状面分位移高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的大冠状面分位移；③PFNA-Ⅱ髓内固定系统的外侧裂隙、前方裂隙和后方裂隙均高于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的外侧裂隙、前方裂隙和后方裂隙，但差别不太明显；④PFNA-Ⅱ髓内固定系统的骨折断面大应力值低于亚洲股骨髓内钉髓内固定系统的的骨折断面大应力值；⑤结果表明，与PFNA-Ⅱ髓内固定系统相比，亚洲股骨髓内钉固定股骨转子下骨折具有更好的生物力学稳定性。
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有限元分析显微镜下不同比例髓核摘除后的腰椎力学特征
背景：国内腰椎髓核摘除后有限元模型多是建立在正常椎体模型的基础上，去除了完整的髓核组织，但是没有考虑到实际手术过程中髓核只是部分摘除以及椎板开窗同时对脊柱力学产生的影响。
目的：精确建立腰椎L4/5节段显微镜辅助下不同比例髓核摘除模型，比较髓核摘除前后的力学特征。
方法：选择1例腰间盘突出症患者，获取术前CT数据构建有限元模型并验证其有效性，再获取术后CT数据并构建显微镜辅助下椎板单纯开窗、开窗+髓核摘除1/3及开窗+髓核全部摘除共4种模型，给予特定加载条件下比较其在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种载荷下的生物力学特征。
结果与结论：精确构建了显微镜下不同比例髓核摘除后腰椎的有限元模型。通过力学特征分析得知，显微镜下不同比例髓核摘除后腰椎在屈伸状态下的稳定性明显降低，应力趋向关节突、椎板峡部等后柱结构集中，在屈伸及椎板开窗对侧弯曲活动时影响较大，髓核摘除程度与其影响有关。 -
颧骨复合体缩小术在不同截骨方式下的三维有限元分析及评价
目的 通过建立颧骨复合体三维有限元模型,对不同截骨方式进行力学分析及评价,旨在提供颧骨复合体缩小手术的力学研究基础.方法 选取临床中颧骨复合体高突的患者,应用Mimics软件将颧骨复合体高突患者的面部CT图像进行三维重建,使用MSC.Marc软件进行网格划分,建立三维有限元模型,并通过解剖学研究和测量,结合图像,确立咬肌附着部位的面积和肌力线方向,建立咬肌牵动的颧骨复合体三维有限元模型,并对颧骨复合体在基础状态与不同截骨方式下,进行咬肌牵动状态和咬(牙合)压力状态的基础力学分析.结果 在不同截骨方式下,通过咬肌牵拉和咬(牙合)压力作用,"L"型截骨方式的应力略弱于斜形截骨,位移应变两者差异无明显的统计学意义,颧弓根游离后端应力大.结论 颧弓根截骨处应力大,易移位,提示后端游离的截骨方式需要进一步改进."L"型截骨是较为先进的一种截骨方式,但仍需进行基础性研究及长期的临床观察和评价.
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上颌第一双尖牙累及(牙合)面洞型有限元模型建立的研究
目的 探讨累及(牙合)面洞型牙齿有限元模型的建立,为不同材料充填后牙齿的受力分析提供理论依据.方法 2008年6-11月在中国医科大学及沈阳航空工业学院,采用螺旋CT扫描结合多种先进图像处理手段,建立上颌第一双尖牙(牙合)面洞、邻(牙合)面洞及邻(牙合)邻面洞的三维有限元模型.结果 该方法建立的三维有限元模型与真牙形态高度一致,结构上模拟了真牙牙釉质、牙本质、牙髓腔.结论 该方法建立的有限元模型,可大限度模拟真牙.
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冷牙胶侧向加压与热牙胶垂直加压法充填后根管壁应力比较分析
目的 分析冷牙胶侧向加压与热牙胶垂直加压法充填后根管壁应力及其与牙本质裂纹发生的关系.方法 选取2011年4-6月于哈尔滨医科大学附属口腔医院口腔外科门诊因正畸需要或牙周病原因新鲜拔除的人完整单根管离体牙40颗,采用冷牙胶侧向加压法、热牙胶垂直加压法分别对单根管前磨牙进行根管充填.应用医学3D图像编辑处理软件提取根管充填后的牙胶形态,通过特定有限元分析软件计算根管壁应力及其位置,并且分别在距离解剖根尖3、6和9 mm处通过图像分析软件观察牙胶形态和牙本质裂纹.结果 冷牙胶侧向加压法的牙本质裂纹明显多于热牙胶垂直加压法,所产生的根管壁应力也高于热牙胶垂直加压法.结论 冷牙胶侧向加压法的根管壁应力高于热牙胶垂直加压法,并且易造成牙本质裂纹.
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上颌第一磨牙控制的生物力学研究
目的 利用三维有限元方法模拟在上颌第一磨牙加载不同角度及位置的后倾曲和末端内收曲时,其受力分布规律和位移趋势,并阐明其生物力学机制.方法 建立上颌全牙弓三维有限元模型.(1)使用0.018英寸×0.025英寸(0.48 mm×0.64 mm)不锈钢方丝在不同部位建立弯折15°、30°及45°后倾曲弓丝模型.观测不同工况下上颌第一磨牙在Z向的位移;(2)在不同部位建立弯折15°、30°以及45° Toe-in曲弓丝模型,观测不同工况下上颌第一磨牙在X和Y向的位移情况.结果 (1)后倾曲弯折的角度增加,第一磨牙受到净力随之增加;弯折点越靠近第一磨牙近中,其压入力量越大;弯折点靠近第二前磨牙时,磨牙呈整体伸长趋势.(2)Toe-in曲弯折角度增加,第一磨牙的旋转位移角度随之增加;Toe-in曲弯折点靠近第一磨牙颊面管近中时,第一磨牙呈整体舌向位移;弯折点靠近第二前磨牙时,呈顺时针旋转趋势.结论 后倾曲对第一磨牙垂直位移影响较大,其弯折点靠近第二前磨牙时有利于支抗控制及咬合打开;Toe-in曲的弯折则有利于平衡第一磨牙旋转的副作用.
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口内数字化扫描仪辅助重建下颌第一磨牙髓腔固位冠修复三维有限元模型研究
目的 将口内数字化扫描仪创新性应用于三维有限元研究,探索出一种更为准确高效的牙体及其修复体的有限元建模方式.方法 利用Trios口内数字化扫描仪及锥形束CT(CBCT)采集志愿者口内预备后牙体的原始图像数据,然后采用计算机辅助设计(CAD)系统设计制作修复体表面模型,于有限元软件Mimics10.0中建立牙体表面模型,终在ANSYS 14.0软件中完成两部分模型的整合得到实体模型.结果 本研究基于口内扫描仪及CBCT数据建立了真实而准确的下颌第一磨牙髓腔固位冠修复的三维有限元模型,共有单元格数25 776,节点数44 728,有限元模型与天然牙体同一层面近远中径及颊舌径所测得偏差值仅为-0.28％和-0.27％,小于等于文献记载传统方式有限元建模的偏差值-0.28％.结论 通过将口内数字化扫描仪引入于三维有限元研究,探索出了一种创新性建模方法,可大为简化传统建模步骤,有效减少建模过程中的数据损失及人为因素所造成的误差.本研究所建模型与口内天然牙的几何相似度极高,精确度和通用性均优于传统建模方式,为后续的有限元分析(FEA)研究奠定了坚实基础.
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不同冠根比平台转换结构种植义齿应力分布三维有限元分析
目的 比较不同冠根比的平台转换结构种植义齿对种植体及其周围骨组织应力分布及应力变化趋势的影响.方法 建立平台转换结构种植义齿修复下颌第一磨牙的三维有限元模型.将种植体与基台、基台与螺钉、螺钉与种植体之间设置为摩擦接触,摩擦系数为0.3.冠根比分别为1∶1.5、1∶1、1.5∶1、2∶1和3∶1.分别进行垂直向及斜向加载,运用Ansys Workbench 14.0分析比较各组模型Von Mises应力峰值分布情况及应力变化趋势.结果 垂直加载下不同冠根比的各组模型整体应力分布较为均匀,Von Mises应力峰值变化不明显.当冠根比为1.5∶1时,种植体颈部出现大应力值.应力集中区出现在种植体颈部与基台及基台与中央螺丝连接处;斜向载荷下,随着冠根比的增大,各组模型VonMises应力峰值明显增大,冠根比为3∶1时种植体和中央螺丝的应力峰值约为1∶1时的3倍,其余部件约增大1倍.应力集中区与垂直载荷下相一致,但Von Mises大应力出现在基台上.结论 在摩擦接触条件下,平台转换结构能够有效地转移种植体的应力集中区,减少牙槽骨吸收.在冠根比较大时,应采取有效措施减小义齿斜向受力.
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斜向载荷下下颌Kennedy Ⅰ类缺失冠外附着体义齿支持组织应力分析
目的 探讨斜向载荷下采用不同基牙数目时下颌后牙双侧游离缺损冠外附着体义齿支持组织的应力分布情况"方法2005年选取一成年健康男性志愿者的头部CT(取下颌牙槽骨部分)和离体尖牙、第一双尖牙、第二双尖牙、第一磨牙、第二磨牙的CT扫描图片.建立下颌Kennedy Ⅰ类牙列缺损冠外附着体义齿修复的三维有限元模型,分析在斜向载荷作用下采用不同基牙数目时,基牙牙周组织及缺牙区牙槽嵴的Von Mises应力分布.结果 斜向栽荷下,末端基牙牙周膜应力集中区主要位于颊舌侧的牙颈部,随着基牙数目的增加,基牙牙周组织及缺牙区牙嵴的大应力值都呈下降趋势,基牙由1颗增加至2颗时,应力明显下降,当基牙增加至3颗时.应力的下降量明显减少.结论 在下颌游离缺损修复中,斜向载荷下冠外附着体义齿支持组织应力的减少与基牙数目的增加不完全成比例,在临床上应根据具体的情况确定联合基牙的数目.
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带有腭部种植体的上颌骨三维有限元模型的建立
目的 研究快速扩弓时腭部种植体加强牙齿支抗的生物力学特征.方法 2007年3月至12月,于吉林大学口腔医学院正畸科采用螺旋CT扫描,Mimics、Ansys软件处理相结合的方法,建立带有腭部种植体的上颌骨三维有限元模型.结果 建立了含有腭部种植体、腭中缝、上颌第一前磨牙和上颌第一磨牙及其牙周膜的上颌骨三维有限元模型.结论 本实验所建立的三维有限元模型具有良好的力学和几何学相似性,可作为上颌快速扩弓时腭部种植体加强牙齿支抗的生物力学研究平台.
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全瓷嵌体修复MOD洞型对牙体组织应力分布影响的三维有限元分析
目的 分析下颌第一磨牙全瓷嵌体修复不同MOD洞型后,不同剩余颊侧壁厚度对牙体组织应力分布的影响.方法 建立下颌第一磨牙MOD洞型的三维有限元模型,在此基础上建立不同颊侧壁厚度所对应的MOD洞型模型,采用ANSYS Workbench 15.0有限元分析软件,计算分析不同剩余颊侧壁厚度对牙体组织应力的影响及应力变化趋势.结果 不同剩余颊侧壁厚度对牙体组织的应力水平有一定的影响,在2 mm时远中邻面颊侧牙颈部应力水平低.单侧牙尖覆盖MOD洞型嵌体修复的应力水平高于MOD洞型嵌体修复.结论 尽量保留足够的健康牙本质,避免形成无基釉,是嵌体修复降低牙体折裂风险的有效手段;剩余牙体量越多,越不适合做单侧牙尖覆盖修复.
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包括TMJ上下颌骨及牙列的MBT直丝弓矫治器三维有限元模型的建立
目的 建立带有MBT直丝弓矫治器的颞下颌关节(TMJ)、上下颌骨及牙列的三维有限元模型,研究MBT直丝弓矫治器的力学行为.方法 2007年3月至12月于吉林大学口腔医学院通过多层螺旋CT扫描,获得TMJ、上下颌骨及牙列数据,采用Mimics、Ansys多种软件相结合的方法,建立包括TMJ、上下颌骨及牙列的MBT直丝弓矫治器的三维有限元模型.结果 建立了左侧TMJ、上下颌骨及牙列的MBT直丝弓矫治器的三维有限元模型,还可根据不同研究目的添加和删除组织及部件.结论 所建立的三维有限元模型为进一步分析临床中MBT直丝弓矫治器的力学行为提供了一个良好的平台,进而为临床操作提供理论依据.
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正常人下颌升支矢状截骨术的三维有限元模拟
目的 建立正常人下颌升支矢状截骨术(bilateral sagittal split ramus osteotomy,BSSRO)的三维有限元模型,为该术式的生物力学研究和分析奠定基础.方法 选牙列完整、牙合关系正常的成年男性,经CT扫描后,采用坐标数据化法,利用专业有限元软件建立包括关节盘的下颌骨三维有限元模型(three dimension finite element model,3D-FEM),并在计算机上模拟改良BSSRO术进行截骨.结果 获得的三维有限元模型图形逼真,并且在功能状态中的力学改变与体外力学实验得出的数据吻合程度高.结论 利用有限元软件采用CT图形坐标数据化法可建立仿真程度较高的BSSRO模型.
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包含肌肉、韧带组织的骨盆、髋臼3D有限元模型的构建
目的 尝试建立包含肌肉、韧带组织的骨盆、髋臼3D有限元模型.方法 基于多层螺旋CT扫描图片,经医学影像处理及建模软件Mimics 10.01和Simpleware 4.0建立起正常成人的骨盆髋臼实体模型,将由ScanIP模块下生成的8块特征骨组件的三角网格模型分别导人逆向工程软件Geomagic studio 10.0中进行修补与优化并进行模型的建立.结果 建立的人骨盆髋臼3D模型有限元节点数68 352个,单元数263 320个,该3D有限元模型严格符合骨盆髋臼生理解剖结构,股骨头于髋关节内可做各向活动,于计算机中可进行模拟观察.各解剖结构可分离显示,可通过加载应力现实力学特性.结论 包含肌肉及韧带的骨盆髋臼3D有限元模型,可以更逼真的显示骨盆髋臼生理解剖结构,更加符合人体解剖结构特点并贴近真实,在此基础上进行的力学加载计算结果将更加可靠.
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三维有限元模型分析不同牙齿托槽底板结构对粘接强度的影响
[目的]建立不同底板结构的牙齿托槽的三维有限元模型,分析不同托槽底板结构对粘接质量的影响.[方法]依据标准方丝弓托槽的尺寸,建立牙-粘接剂-托槽系统不同托槽底板的三维有限元模型.在模型上分别施加同样大小的三种外力,分析底板的应力分布和形变情况.[结果](1)剪切力作用下托槽的抗破坏力强,扭转力易产生界面的粘接破坏.(2)拉力作用下托槽的抗形变能力强,扭转力作用下托槽的抗形变能力差.(3)设计的三角形网底托槽的固位能力相对较好,菱形网底托槽相对较差.[结论]综合底板应力分布和形变情况,设计的三角形网底托槽的粘接效果相对较好,而菱形网底托槽的固位能力相对较差.
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三维有限元在正畸领域的研究进展
近些年来有限元分析法已经成为正畸材料开发和研制的重要研究手段之一.在口腔正畸生物力学中,三维有限元主要应用于牙齿及颌骨在矫治力作用下瞬间转动中心位置的研究,矫治力作用下牙周组织应力的研究,矫治器力学性能的分析,口颌系统功能的研究,生长发育研究.本文对三维有限元在正畸领域的研究进行概述.
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跟骨的三维有限元模型研究及临床应用
目的 建立跟骨三维有限元模型及内固定模型并进行受力分析.方法 螺旋CT扫描1例体质量75 kg正常男性右侧跟骨,数据导入Mimics10.01软件建立完整跟骨三维有限元模型.应用ANSYS-R14.5三维有限元分析软件包对两种不同内固定后的跟骨有限元模型进行应力分布研究.结果 跟骨三维有限元模型及内固定模型建立成功,受力分析表明,应力集中于跟骨后侧关节面及内置物.结论 跟骨后关节面处内置物应力分布集中,临床工作中应重视后方关节面及跟骨结节的有效固定,植骨在力学角度是没有必要的.
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两种不同固位结构附着体义齿修复游离端缺失基牙及缺牙区牙槽嵴应力分布的比较
目的 探讨不同固位结构的附着体义齿应力分布特点,为临床应用附着体义齿种类的选择提供依据.方法 应用三维有限元的方法分别测定并比较应用键槽缓冲式附着体和柱状附着体修复下颌单侧游离端缺失基牙及牙槽嵴应力分布情况.结果 键槽缓冲式附着体义齿对基牙产生应力值小于柱状附着体义齿,对缺牙区牙槽嵴应力大于柱状附着体义齿.结论 键槽缓冲式附着体义齿较适合于基牙条件差的义齿修复,柱状附着体义齿较适合于缺牙区牙槽嵴条件差的义齿修复.
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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
目的：探究骨密度（ BMD）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。收集患者双侧髋关节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，并分别测定腰椎BMD。结果股骨转子间骨折组腰椎BMD、三维有限元模型密度，均低于股骨颈骨折组（均 P＜0．05）。腰椎的BMD与三维有限元模型密度成线性正相关（r＝0．881，P＝0．004）。结论 BMD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BMD的关系提供理论依据。
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两种义齿修复下颌单侧游离端缺失基牙及缺牙区牙槽嵴应力分布的比较
目的:分析两种不同结构义齿修复单侧游离端缺失时基牙及缺牙区牙槽嵴应力分布特点,为临床义齿选择提供依据.方法:应用三维有限元方法分别测定并比较应用键槽缓冲式附着体义齿和单端固定桥义齿修复单侧游离端缺失时基牙及缺牙区牙槽嵴应力分布情况.结果:键槽缓冲式附着体义齿基牙牙根应力峰值(1.42E+5) MPa,基牙牙周膜应力峰值(1.33E+4) MPa,缺牙区牙槽嵴应力峰值(3.49E+5) MPa.单端固定桥义齿基牙牙根应力峰值(1.45E+7) MPa,基牙牙周膜应力峰值(2.25E+6) MPa,缺牙区牙槽嵴应力峰值(1.45E+3) MPa.两种义齿基牙应力峰值均在根中、上1/3及颈部.结论:在游离端缺失修复时,键槽缓冲式附着体义齿可减少基牙负荷,但牙槽嵴条件要好,两种义齿修复均要注意牙槽嵴健康.
