腰椎节段形态对峡部、小关节应力及小关节接触力影响的有限元分析

目的:探讨腰椎形态结构变化对峡部裂性滑脱及小关节退变的作用和意义。方法:采用改良的“非种子区域分割方法”及非平行“最佳切割平面”等一系列新型计算机辅助设计(CAD)方法精确建立包括椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角改变的L4~L5活动节段有限元模型;在2700N轴向压缩载荷条件下,分别对各有限元模型的峡部、小关节应力、小关节接触力以及椎间盘负载进行测试。结果:压缩载荷下,腰椎活动节段峡部、小关节等效应力及小关节接触力随椎间盘高度的减小而减小,随小关节角的增大而增加,随椎间盘前凸角的增加而减小。结论:椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角等形态结构变化对腰椎节段有限元模型的峡部、小关节应力及小关节接触力有明显的影响。提示腰椎峡部应力性骨折及小关节退变的发生与椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角等解剖形态因素有关。     

前屈位不同角度牵引治疗颈椎病的有限元分析

目的：分析不同牵引角度加载在颈椎曲度变直的模型上得到的数据,为临床牵引治疗颈椎病提供实验依据和临床建议。方法：选取颈椎曲度变直患者采集CT数据（女性,43岁）,采用专用生物力学有限元软件构建完整的颈椎全节段模型,包括使用实际解剖位置构建的颈椎韧带、肌肉组织;进行有限元模型的验证后,用0。、前屈5°10°15°20°25°进行牵引,观察椎间孔、关节突、钩锥关节、椎间盘的间距变化,以及髓核和基质的应力变化。结果：当牵引角度为前屈0°～15°时,椎问孔、钩椎关节、后关节突之间的间距加大,椎间盘的拉应力适宜,压应力较小,比较符合临床治疗要求。结论：建议牵引治疗颈椎病时采取前屈位0°～15°     

国产3D打印种植导板系统的临床精度分析

目的在种植义齿的手术过程中,3D打印导板已被认为能有效提升手术精度、降低相关风险。但国外软件在应用上存在一定的限制,该文对国产手术模拟软件E-3D三维数字化医疗设计系统进行了临床试用,并对其辅助临床种植手术的精度进行了评价。方法对5例患者进行锥形束CT数据采样、石膏印模光学扫描,将上述数据导入手术模拟设计系统,制作牙支持式的计算机辅助设计/制作(CAD/CAM)种植导板。使用树脂3D打印机完成导板制造,按医疗要求处理后进行临床应用。种植后再次通过锥形束CT进行采样,对实际种植位置与预期种植位置进行比较,测定种植体顶部中点、底部中点的位置偏差和角度偏差,并与国外文献数据进行对比。结果种植体颈部偏差(0.805±0.567)mm,底部偏差(0.957±0.518)mm,角度偏差(3.124±1.582)°,与文献值比较差异均无统计学意义(P0.05)。结论该国产设计系统与国外系统效果基本一致,可以在临床推广使用。     

青年颈椎生理曲度变直全节段有限元建模与分析

目的建立青年颈椎生理曲度变直和正常的全节段有限元模型,进行对比与分析。方法采集青年颈椎曲度变直志愿者CT数据,利用生物力学有限元软件构建高质量颈椎全节段模型,然后采用基于离散微分属性的体网格变形技术,将变直模型映射生成曲度正常模型,在相同边界条件进行下进行对比分析。结果在前屈、后伸、侧弯、和旋转工况下,生理曲度变直模型的活动度范围比正常值要小,并且出现再分配。在应力分布方面,C3-C4,C4-C5之间的小关节、钩突关节,和C3-C4之间的椎间盘出现应力集中。结论通过使用新型建模软件和体网格变形技术,能方便构建颈椎生理曲度变直和正常模型,分析结果对青年颈椎病的临床诊治有指导意义。     

小关节角矢状化、椎间盘退变对退变性腰椎滑移作用的有限元研究

目的探讨小关节矢状化与椎间盘退变间的关系及其对退变性腰椎滑移的作用和意义。方法采用一种新型CAD方法精确构建65°小关节角、45°小关节角、25°小关节角与正常椎间盘、轻度退变椎间盘、重度退变椎间盘相组配的9种腰椎L4-L5活动节段有限元模型。生理压缩载荷下,分别对9种有限元模型的生物力学参数进行测试。结果与小关节角45°和25°有限元模型相比,小关节角65°有限元模型的矢状方向椎体前移位增加,关节突、峡部等效应力和关节突水平方向接触力明显增加;小关节角65°有限元模型的终板膨出减小,纤维环基质应力增加。与正常有限元模型相比,椎间盘轻度退变有限元模型刚度下降,小关节突及峡部应力轻度增加。9种有限元模型中,轻度退变椎间盘结合小关节角65°有限元模型的抗前剪力能力最差。结论小关节角矢状化既是退变性腰椎滑移的原发诱因,又是局部应力变化导致关节突再塑形的继发病理改变,矢状型小关节腰椎活动节段矢状方向内在不稳定性受椎间盘退变程度的影响,椎间盘退变对小关节角矢状化无明显促进作用。     

即刻负载种植体尺寸对骨界面生物力学分布的影响

目的 分析种植体直径和长度对即刻负载种植体骨界面应力应变的影响.方法 分别建立含尺寸为3.3mm×10mm,4.1mm×10mm,4.8mm×10mm,4.1mm×6 mm,4.1mm×8 mm,4.1mm×12 mm及4.1mm×14mm的即刻负载种植体的下颌骨三维有限元模型,用ANSYS软件分析在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面颈部的von Mises应力、应变值.结果 垂直加载时,3.3mm×10mm的种植体应力及应变均最大,其平均值及最大值均明显大于其他各组,绝大多数差别有统计学意义(P＜0.05);其次为4.1mm×6mm的种植体,大多数的差别有统计学意义(P＜0.05).颊舌向加载时,应力及应变值均明显增大,但同样是种植体尺寸为3.3mm×10mm应力、应变最大,4.1mm×6mm的种植体次之.种植体尺寸为4.8mm×10mm应力值最小,应变值也接近最小.4.1mm×10mm的标准种植体应力值只与3.3mm ×10mm及4.8mm×10mm的差别有统计学意义(P＜0.05).结论 增加种植体的直径和长度都可降低骨界面颈部应力和应变,并且直径的改变对生物力学的影响更显著.即刻负载种植体的直径至少要4.1mm,骨量充足时尽量选用直径4.8mm的种植体;长度至少要10mm.     

终板凹陷角变化对腰椎运动节段生物力学影响的有限元分析

目的:研究终板凹陷程度变化对腰椎运动节段生物力学影响。方法:在以往建立的腰椎L4～5运动节段三维非线性有限元模型基础上,采用CAD方法精确构建三种不同终板凹陷角改变的有限元模型,有限元模型的椎间盘前凸角、小关节间隙等其余形态学参数及网格划分均保持一致。垂直压缩、屈曲、伸直、前后剪力5种载荷条件下,分别对三种有限元模型生物力学参数进行测试。结果:负载条件下,终板凹陷角增加、终板凹陷程度减小可导致终板-椎间盘界面应变减小,椎间盘刚度及髓核内压增加,椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力减小。结论:终板凹陷程度的减小增强了椎间盘对椎体的保护作用;同时可通过影响终板的形变减少对椎间盘的营养传递。     

有限元模拟复杂性腰椎管狭窄症减压手术

本文目的是精确建立复杂性腰椎管狭窄症(LSS)的退变腰椎有限元模型和减压手术模型,与正常模型进行对比与分析。首先,选取复杂性LSS患者采集CT数据,采用专用生物力学软件建立退变腰椎全节段模型,同时构建正常材质模型和减压手术模型,用相同边界条件进行对比分析。结果表明:复杂性LSS腰椎的活动度范围比正常模型要小,而减压模型的活动度变大。在应力方面,退变椎间盘L4-L5和邻近上位椎间盘L3-L4的终板、髓核和维环基质应力分布趋向四周边缘集中,而减压手术模型的应力进一步出现较大增加。仿真显示单纯的减压手术虽然可以减缓神经疼痛,但是很可能进一步造成腰椎稳定性的破坏,加速腰椎退变。     

不同植入扭矩对种植体骨界面生物力学特性的影响

目的探讨不同植入扭矩对种植体骨界面生物力学特性的影响。方法采用薄层CT扫描和自主开发的USIS软件建立包含种植体的即刻负载下颌骨三维有限元模型。采用ANSYS软件分析种植体在0、15、25 N.cm 3种植入扭矩下,垂直和颊舌向45°加载150 N力时种植体骨界面von Mises应力、应变值。结果垂直载荷时,3种植入扭矩下的种植体骨界面von Mises应力最大值分别为33.6、56.4和69.6 MPa,应变最大值分别为5 157、8 645、15 630με。颊舌向载荷时,3种植入扭矩下的种植体骨界面von Mises应力最大值分别为95.3、100.6和108.3 MPa,应变最大值分别为17 110、18 690、21 380με。结论种植体植入扭矩的增大会增加种植体骨界面的应力应变值,颊舌向载荷时比垂直载荷时增加明显缓慢。     

骨缝结构对上颌前牵引及横向扩弓的生物力学影响

目的 探讨在上颌前牵引联合横向扩弓作用力下,骨缝结构对单侧唇腭裂(unilateral cleft lip and palate,UCLP)患者颅上颌复合体位移变化和应力分布的影响.方法 选择1例左侧唇腭裂患者进行颅面部CT扫描,利用所得CT扫描数据分别建立一个包含或不包含骨缝结构的颅上颌复合体的三维有限元模型,在腭中缝扩开6 mm情况下,于双侧第一双前磨牙处分别施加一个500 g、与咬合平面呈20°向前下的上颌前牵引力,利用Ansys12.0分析颅面复合体的位移变化和应力分布.结果 建立了含或不含骨缝唇腭裂颅上颌有限元模型;在上颌前牵引联合横向扩弓作用力下,有骨缝和无骨缝模型上颌均发生了明显向前、下的位移,在水平、矢状、垂直三个方向上的位移均有从下至上递减趋势;且唇腭裂侧位移比无唇腭裂侧位移大;有骨缝模型明显比无骨缝模型位移量大.在二力联合作用下,有骨缝模型的骨缝区均同时存在压应力和拉应力,唇腭裂侧骨缝和无唇腭裂侧骨缝的应力分布趋势基本一致,但唇腭裂侧骨缝应力较无唇腭裂侧骨缝应力大.结论 本实验从生物力学角度证实了骨缝在颅上颌复合体生长改良中具有重要意义.