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Ⅱ类骨质平台转换连接种植体植入深度对皮质骨应力的影响
目的 研究Ⅱ类骨质平台转换连接种植体不同植入深度对皮质骨应力的影响.方法 于2010年3月在滨州医学院(烟台校区)参照Ankylos种植系统种植体和实心基台的真实数据,利用Solidworks2007制图软件,模拟不同植入深度时平台转换连接种植体-基台-Ⅱ类骨质模型,导入Ansys workbench有限元软件,采用垂直向200N和斜向100N加载,分析不同植入深度时的应力分布.结果 不同植入深度间皮质骨大应力差异有统计学意义(P＜0.01)；当植入深度在皮质骨下2 mm范围内时皮质骨大应力在各向加载时均较稳定.结论 为避免应力在骨组织中的过度集中,Ⅱ类骨质植入深度应控制在皮质骨下2 mm范围内.
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种植体根尖部与上颌窦底皮质骨的关系对上颌后牙区种植影响的三维有限元分析
目的 利用三维有限元分析方法评估种植体根尖部与上颌窦底皮质骨的关系对上颌后牙区种植的生物力学影响.方法 应用计算机辅助设计(computer assisted design,CAD)软件建立标准种植体及上颌后牙区三维有限元模型(M1～M6),皮质骨厚度均为1 mm,依据牙槽骨高度不同(10 ～ 14 mm),种植体根尖部与上颌窦底皮质骨的关系如下.M1:种植体根尖部穿通上颌窦底皮质骨(窦底皮质骨的上表面与种植体根尖部位于同一平面);M2:种植体根尖部进入窦底皮质骨厚度的一半;M3:种植体根尖部恰好接触窦底皮质骨的下表面;M4 ～ M6:种植体根尖部分别距离窦底皮质骨的下表面1、2、3 mm.采用129 N斜向加载,分别置于即刻负载与常规负载条件下,计算其应力分布、大von Mises应力、种植体的大位移和共振频率.结果 除M1即刻负载外,大yon Mises应力均集中于种植体颈部周围的牙槽嵴顶皮质骨表面.无论即刻负载或常规负载下,种植体根尖部进入或穿通窦底皮质骨时,牙槽嵴顶皮质骨的大yon Mises应力降低,窦底皮质骨的大yon Mises应力增加,种植体的轴向共振频率显著增加,颊舌向共振频率显著降低.即刻负载条件下,当种植体进入或穿通窦底皮质骨时,其大位移尤其是根尖部的大位移小于其他情况下的大位移.常规负载条件下,种植体颈部与根尖部的大位移几乎不受种植体根尖部位置的影响.结论 种植体根尖部与上颌窦底皮质骨的相对位置关系对种植体周围组织的应力分布、种植体的大位移以及共振频率均有一定影响.种植体根尖部进入或穿通上颌窦底皮质骨有利于改善应力分布,减少种植体根尖部的位移,增加种植体的稳定性,尤其在即刻负载下作用显著.
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牙种植体生物力学评价研究进展
牙种植体的生物力学特性一直是口腔种植领域的研究热点.避免局部应力集中、使咬合力合理分布是保证种植体周围支持组织健康,并能够长期行使功能的必要条件.本文就牙种植体的生物力学研究方法及评价指标做一综述.
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牙种植体生物力学研究进展
优良的种植体应具有良好的生物力学相容性,过大或过小的应力均可引起牙周骨组织的吸收或萎缩,从而导致种植义齿的失败.本文对生物力学研究在牙种植体设计中的应用进展做一综述.
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破坏载荷下老年人椎间盘退变对胸腰椎应力分布影响的研究
目的探讨老年人椎间盘退变后胸腰椎损伤的生物力学背景,为临床上认识老年人胸腰椎骨折发生的机制提供理论依据.方法用三维有限元法建立老年人胸腰椎活动节段的力学模型,并对其在垂直压缩、压缩屈曲、分离屈曲三种外加载荷下的应力进行分析.结果垂直压缩及压缩屈曲载荷下,椎体松质骨的应力分布相对平均,邻近终板的中央部分水平减低,周边部分的应力水平相应上升,椎间盘纤维环的后侧应力集中,后部结构应力集中于椎弓根、峡部、棘突上缘等部位.同时后纵韧带、棘上、棘间韧带应力集中.结论椎间盘退变后载荷传递方式发生了明显改变.
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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,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.
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不同冠根比对埋伏上颌中切牙牙周应力分布的影响
目的 建立不同冠根比的埋伏上颌中切牙及其周围组织的三维有限元模型,分析不同工况下的牙周膜应力分布,从而为临床上牵引埋伏牙提供参考.方法 选取一名上颌中切牙水平阻生患者的CBCT数据,建立上颌中切牙的模型并截成1∶0.25、1∶0.5、1∶0.75、1∶1四个冠根比,分别施加30 g、60 g、90 g的力,分析不同工况下牙周膜的应力分布.结果 对于同一模型,当牵引力增大时牙周膜应力分布规律不变,仅应力值增大.同一牵引力下,随着冠根比不断减小,牙周膜应力越来越小,高应力区越来越集中.结论 对于不同冠根比的埋伏牙可采用不同牵引力,牙根越长牵引力越大.
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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.
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Ⅱ类骨质量下短种植体表面设计对骨界面应力分布的影响
目的:探讨骨质量和种植体表面设计对短种植体-骨界面应力分布的影响.方法:利用3D-Doctor软件和ABAQUS软件建立V形螺旋设计、反支撑形螺旋设计、支撑形螺旋设计和鳍式非螺旋设计的短种植体植于Ⅱ类骨质量的上颌骨后区的三维有限元法模型4个.对所有模型进行垂直和侧向加载,分析比较周围骨组织的应力分布和Von-Mises应力峰值.结果:垂直向和侧向加载时,反支撑形和支撑形螺纹设计与鳍式非螺旋设计都表现出较好的应力分布特征.结论:支撑形螺旋设计、反支撑形螺旋设计和鳍式非螺旋设计均适用于短种植体,应避免应用V形螺旋表面设计.
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胫骨平台骨折术后持续被动功能活动治疗的护理
胫骨平台骨折属于关节内骨折,常导致关节失稳、疼痛和功能障碍.因此重建平整的关节面,维持关节稳定,力求合理的应力分布和保证关节功能的恢复是治疗的目的.
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基于4种软件的牙周病患者牙齿建模和受力分析
目的 根据牙周病患者的牙齿CT数据和石膏模型,基于4种软件进行建模分析,获得病人牙齿受力和应力分布状况,为牙周病患者的临床治疗提供参考.方法 利用Mimics软件对CT图像进行初步处理,建立三维点云模型;把初步建立的模型利用逆向工程软件Geomagic对模型进行参数化建模和修整,建立三维曲面模型;将曲面模型导入三维绘图软件SolidWorks中,通过实体转换输出三维实体模型;后利用有限元分析软件ANSYS对牙齿的三维实体模型进行分析.结果 获得了上牙的应力分布,确定了应力集中点的位置.并对应力集中点的牙齿进行单独分析,其大应力为1 774.8 MPa,再根据应力分布对咬合关系进行调整,调整后的牙齿大应力减小为1 529 MPa.结论 所介绍的牙齿建模分析方法,可以模拟各种咬合关系的修正,并计算修正后的牙齿应力分布,为牙周病的临床治疗提供理论依据.
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通过骨支架的数字化建模分析其力学性能与内部流场分布
目的 研究不同骨支架结构的力学性能与内部流场分布,为模型结构的优劣提供直观上的比较和评判,为骨支架结构设计提供有效的指导方法.方法 利用Pro/Engineer和MIMICS等软件重建自然结构骨支架、编织状骨支架和球形孔骨支架,并通过有限元方法分析3种支架的有效弹性模量、应力分布和三维灌注培养下支架内部流场分布.结果 采用相同材料设计得到的自然结构骨支架表现出更小的有效弹性模量;当3种支架受到相同压力时,自然结构骨支架内部应力峰值更小且应力分布更均匀;初始流速和流体黏度相同时,自然结构骨支架表现出更小的内部流速、壁面剪切应力和壁面压力.结论 自然结构骨支架模型具有相对较好的生物力学性能,在3种骨支架中适合用于骨组织工程中骨支架结构选型.
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肿瘤型膝关节置换后股骨-假体-胫骨复合体生物力学响应
目的 研究肿瘤型铰链式膝关节置换术后股骨-假体-胫骨复合体正常站立状态下的生物力学响应,探讨病人术后发生股骨穿孔的原因,为肿瘤型铰链式人工膝关节假体的优化设计与制造提供理论基础.方法 兼顾CT及三维光学扫描数据建立股骨远端骨肉瘤瘤段切除肿瘤膝关节置换后的病人股骨-假体-胫骨有限元模型,并进行相关有效性验证,从而进一步分析人体站立状态下股骨-假体-胫骨复合体的应力分布及应力遮挡现象.结果 (1)在站立加载状态下,相对胫骨,股骨的应力明显更大且集中分布趋势显著,股骨前1/3区域应力较大,呈现应力遮挡效应.(2)由于模型基于临床病人几何及骨质特征建立,股骨应力集中位置与临床中病人股骨穿孔位置接近,表明在施加自身重力状态下可能发生与病人病症一致的股骨损伤行为.结论 肿瘤型铰链式膝关节假体植入后,由于假体髓针深入骨髓腔,正常站立状态下亦对骨髓腔产生一定的压力;由此产生的应力遮挡效应以及假体髓针与特定骨髓腔的匹配情况均可能引起股骨应力集中,从而将可能引起股骨开裂,甚至穿破,影响手术质量.建议术前优化假体设计以减轻或避免此类现象,从而减少术后患者的并发症发生率.
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一种血管张应力体外加载装置的实验研究
目的 研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布.方法 基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置.利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布.利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算.将实验结果和模拟结果进行比较.结果 有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀.硅胶片中间60％面积区域可视为均匀应变场.结论 研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术.
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腰椎爆裂骨折椎体松质骨内力学分布特点的有限元研究
目的 运用有限元方法模拟腰椎爆裂骨折的过程,观察腰椎在轴向压缩载荷作用下松质骨内的应力分布情况.方法 建立正常人体胸腰段(T12 ～L2)运动节段的三维有限元模型,在T12椎体上表面施加不同等级的压力(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 kN),模拟腰椎爆裂骨折发生时椎体承受的不同等级的轴向压缩载荷.将连接椎体上下终板凹面顶点的连线7等分,在此基础上将L1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成6个统计区.分别测量L1椎体松质骨内3个层面(第1、4、7层面)18个统计区的平均应力.在同一等级载荷下对3个层面内的平均应力进行单因素方差分析,分析腰椎椎体松质骨内不同载荷作用下的应力分布情况.结果 在5个不同等级载荷下,第1、7层松质骨平均应力分别与第4层比较有统计学意义(P＜0.05),而第1、7层平均应力比较无统计学意义(P＞0.05).轴向加载时,相比第1、7层应力,椎体松质骨中间层面(第4层)应力小.结论腰椎在轴向压缩载荷作用下,椎体松质骨内存在应力集中的现象,接近椎体上下软骨板的松质骨应力较大,而椎体松质骨中间层面应力较小,椎体内应力集中分布在上下软骨板的特点与腰椎爆裂骨折所致终板破裂的生物力学机制相一致,提示腰椎椎体骨结构损伤可能与椎体内应力集中有关.
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颈胸段脊柱全脊椎切除术后不同固定方式的有限元分析
目的 基于CT图像对人体颈胸段脊柱C5～ T2节段进行三维模型重建,采用有限元方法探究椎弓根螺钉、钛网和钢板等不同内固定器械组合对颈胸段脊柱全脊椎切除(total spondylectomy,TS)术后稳定性的影响及内固定器械的应力分布.方法 建立颈胸段脊柱C5 ～ T2节段健康完整模型,并通过与体外实验关节活动度(range of motion,ROM)结果对比验证模型有效性.在健康完整模型基础上,建立颈椎C7节段行TS后的4种重建模型:TM+ AP+ DPS模型(钛网+前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定),TM+ AP+ SPS模型(钛网+前路钢板+后路单节段椎弓根螺钉固定);TM+ DPS模型(钛网+后路双节段椎弓根螺钉固定);AP+ DPS模型(前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定),并分析各重建模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转时的ROM及内固定器械的应力分布情况.结果 TS术后重建会大幅度降低重建节段ROM,模型的重建节段ROM均下降超过93％,后路单节段螺钉固定时,钛网出现应力集中现象.结论 4种模型重建节段固定效果相近,后路双节段螺钉固定的3种模型中内固定器械应力分布较为平均,模型整体稳定性优于后路单节段固定模型.
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髋关节置换前后不同步态下股骨应力分布
目的 探讨人工髋关节置换(total hip replacement,THR)前后慢走及上下楼梯两种不同步态下股骨的生物力学性能,为髋关节假体的优化设计和制造提供理论基础.方法 建立人工髋关节股骨的三维有限元模型,并进行有效性验证;计算慢走和上下楼梯时THR前后股骨的应力分布及应力遮挡率.结果 慢走运动时,THR前股骨应力由近端到远端逐渐递增,在股骨中下段达到大,大应力为90.6 MPa; THR后股骨出现应力遮挡现象,股骨的应力幅值有所下降,大应力为82.5 MPa,股骨近端假体周围大转子附近股骨遮挡率大,总体遮挡率为14.9％～99.0％.此外,假体颈部出现过大的应力集中现象.上下楼梯运动时,股骨应力分布的变化规律与慢走运动时大体相似,但应力遮挡效应更为明显.结论 植入假体后,上下楼梯时股骨近端出现较大应力遮挡,并且假体自身出现过大应力集中,会影响THR手术质量,建议病人在术后应尽量减少关节角变化较大的运动.
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三种内固定方式固定胫骨平台后外侧骨折的生物力学研究
目的 探讨胫骨平台后外侧骨折合理有效的内固定方式.方法 制作成年男性尸体胫骨平台后外侧骨折模型12个,随机平均分为3组,分别使用前侧6.5 mm拉力螺钉、胫骨平台外侧L型4.5 mm解剖锁定钢板、后侧T型3.5 mm锁定钢板固定.对标本模型进行轴向加压250、500、750、1000 N,检测其轴向位移及应力.结果 在相同应力下,前侧螺钉组轴向Y轴位移小,分别与外侧钢板组和后侧钢板组存在显著差异,而外侧钢板组与后侧钢板组之间Y轴位移没有显著差异;前侧螺钉组在标识点的应力分布为均衡.结论 在胫骨平台后外侧骨折的固定中,前侧螺钉能够有效增加轴向稳定,骨折块周围应力分布均衡,是一种有效的力学固定方式,外侧钢板在横向的稳定性控制上具有一定优势,后侧钢板对于后方需要复位的平台骨折具有一定价值.
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人体二尖瓣建模及生物力学分析
目的 建立人体心脏二尖瓣仿真模型,模拟二尖瓣闭合的工作过程,分析二尖瓣各组件应力分布,探讨二尖瓣瓣叶和腱索的相互作用,并探寻腱索受力大小与腱索粗细之间的相关性.方法 构建二尖瓣几何模型,在此基础上定义模型单元类型、材料属性、接触、载荷及约束,建立有限元模型,计算模型的应力、速度和位移等参数.结果 瓣膜上的应力分布不均匀,后瓣叶亚区之间的裂口位置所受应力大;不考虑腱索连接至瓣叶时,瓣叶负载后外翻至心房一侧;考虑腱索连接至瓣叶时,前、后瓣叶关闭良好;各腱索受力不同,与前瓣叶相连的支持腱索受力大,腱索受力大小与腱索粗细之间的线性相关系数为0.954.结论 瓣叶中心和后瓣叶亚区之间的裂口两处应力较大区域是临床上二尖瓣裂的常发生部位;与瓣叶相连的腱索可在瓣叶负载时,施加牵拉力使瓣叶不致发生翻转,前、后瓣叶恰好关闭;解剖结构粗壮的腱索受力较大.
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不同硬度隐形矫治器关闭中切牙间隙的有限元分析
目的 计算不同硬度隐形矫治器产生的力学效应,为其材料选择和设计提供理论依据.方法 建立中切牙近中移动0.3 mm矫治设计量,弹性模量分别为415.6、816.308、2 400 MPa的3个隐形矫治器有限元模型,用三维非线性分析方法计算矫治器、牙齿、牙周组织的应力分布及位移,对不同弹性模量隐形矫治器作用下的上述结果进行比较分析.结果 实验条件下,中切牙所受的应力及位移大,大位移量为0.17 mm,其冠方的初始位移大于根方,矫治牙始终做倾斜移动;侧切牙次之且位移与中切牙相反,大位移量为0.10 mm.材料的弹性模量增大,隐形矫治器产生的应力增大,牙周组织所受的应力及矫治牙位移增大.结论 隐形矫治器的硬度越大,目标矫治牙的位移量和矫治效能增大,但对于牙齿三维方向上的移动控制能力并未增强,临床上建议添加附件或是配合固定矫治器达到牙齿的整体移动.
