下颌前伸时下颌骨应力分布的三维有限元分析

目的通过CT技术获取人体下颌各层面的解剖轮廓图，经三维重建从生物力学角度探讨下颌前伸后下颌不同部位的应力分布，为临床功能矫治机理提供理论根据。方法选择处于生长发育高峰期的典型Ⅱ类He患儿，采用CT技术对整个下颌骨进行断层扫描，将其输入计算机给定前伸条件咬合重建，在CAD软件中建立几何模型，将其导入MSC．PATRAN建立有限元模型。结果结果显示髁突后缘及下颌体磨牙区出现拉应力集中区，下颌骨下缘后部及下颌角区为压应力集中区。结论下颌前伸能改变应力分布，有效地治疗骨性Ⅱ类错He。     

生理载荷作用下上颌中切牙牙周膜应力分布的三维有限元研究

以上颌中切牙为解剖学基础建立了三维有限元模型。以生理载荷分别作用于上颌中切牙、天然牙及桩冠修复体,通过计算得到了生理载荷作用下牙周膜的应力分布并与上颌中切牙种植体模式（骨性附着,无牙周膜）在生理载荷作用下的应力分布以及牙周膜对应力的缓冲作用进行了比较性研究。     

咀嚼肌牵动的下颌骨三维有限元建模与数值分析

目的：应用有限元方法分析咀嚼肌牵动的下颌骨应力状态。方法：采用数字中国人下颌骨CT图像三维重建，生成有限元模型，通过解剖学研究和测量，确立颞肌、咬肌、翼内肌、翼外肌的附着部位面积和肌力线方向。结果：建立了咀嚼肌牵动的下颌骨生物力学分析模式，有限元计算得到下颌骨应力分布状态，Von Mises应力主要集中于髁突，冠突，咀嚼肌附着部位和磨牙区，当右侧第1磨牙与第2磨牙咀嚼模拟时应力峰值为20．61MPa．当第1前磨牙与第2前磨牙咀嚼模拟时应力峰值达到了22．09MPa。结论：有限元分析技术，结合下颌骨血管神经走向及He力与咀嚼功能测定等，为下颌骨截骨术和骨牵张术提供了一种术前设计的定量方法。     

下颌前突的三维非线性有限元应力分析

下颌前突是最常见的颌面畸形,其下颌骨的力学环境不同于正常人。基于一位下颌前突患者的头部CT片,建立下颌骨的三维有限元模型,关节盘和关节软骨层间考虑接触,对其施加模拟正中咬合的载荷,分析下颌骨不同部位的应力分布特点,为下颌前突的治疗提供参考。结果表明:下颌骨的高应力区出现在乙状切迹和下颌角,分别为13.337MPa和13.850MPa;下颌骨的最大变形发生在颞下颌关节(TMJ)区域。通过与正常人下颌骨的比较,发现下颌骨大部分区域的应力分布较为吻合,但TMJ内的应力分布存在较大的差异,表明下颌前突可能导致TMJ内紊乱症,甚至髁突吸收、关节盘穿孔。可见,除了必要的矫形或手术治疗外,有时还需要针对TMJ进行治疗。     

生理载荷作用下上颌中切牙牙周膜应力分布的三维有限？…

以上颌中牙为解剖学基础建立了三维有限元模型,以生理载荷分别作用于上颌中切在然牙及桩冠修复体,通过计算得到了生理载荷作用下牙周膜的应力分布并与上颌中切牙种植体模型在生理载荷作用下的应力分牙周膜对应力的缓冲作用进行了比较研究。     

颞下颌关节三维有限元建模相关因素分析

颞下颌关节的生物力学研究对理解颞下颌关节病的发生、发展具有重要意义。有限元方法可以分析颞下颌关节各组织受到外力或者发生形变后组织内部的应力和应变情况,但其复杂而且细致的解剖结构导致构建有限元模型的研究总是耗时、昂贵和不可重复。为寻求一种更为快捷、精确的下颌骨三维有限元模型建立方法,提高颞下颌关节有限元建模精度,针对模型与实体几何相似性、生物力学环境仿真模拟等相关因素进行综述。     

包含颞下颌关节的下颌骨有限元建模

为获得颞下颌关节下颌骨的应力分布提供更为有效的有限元模型。用Mimics10．0导入正常人的颌面CT建立其下颌各部位的有限元模型,通过CAE软件ABAQUS 6．10进行有限元分析。获得了完整的下颌骨、颞下颌关节有限元模型,及后牙咬合状态下模型各部位应力分布等数据。通过分析数据发现,关节盘高应力区主要集中在关节盘中带和后带,而关节盘各部分应力表现为关节盘颊侧应力高于舌侧,顶部应力高于底部,中带平均应力最大,后带次之,前带最小。     

下颌骨角部受力时应力分布的三维有限元分析

背景：关于下颌骨撞击后,下颌骨不同部位的骨折危险性的相关研究比较薄弱。 目的：应用有限元方法分析下颌骨角部受瞬间外力作用下应力分布的情况和特点。 方法：采用薄层CT扫描技术、医学影像三维重建软件Amira联合Unigraphics NX造型软件建立下颌骨三维模型。在Ansys软件中,于左侧下颌角区分别施以与矢状面垂直,平行的两个不同方向的1 000 N压力,获取受力后下颌骨应力分布状况和薄弱区域受力大小。 结果与结论：建立了下颌骨有限元模型,当左侧下颌角受到水平向右垂直于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面,左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会造成轻微损伤。当左侧下颌角下缘受到垂直向上平行于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面和左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会轻微损伤。提示当下颌骨角部受到瞬间外力时,应力主要集中在下颌骨的薄弱区域,应力较大部位与骨折易发部位密切相关。且在薄弱区域中,两侧下颌角及髁状突颈部的损害最为严重。     

种植体深度和加载方向对下颌骨应力分布影响的三维有限元分析

目的分析下颌骨种植体种植深度和加载方向对周围骨组织的应力分布影响，为临床种植应用提供参考。方法CT扫描一位第一磨牙缺失的健康女性下颌骨，运用MIMICS图像重建其几何结构，ADINA建立下颌骨及种植体平齐0mm、高于1mm、低于-1mm骨界面三种有限元模型，分析比较该模型在垂直和颊舌向两种加载方式下周围骨组织内的应力分布。结果两种加载方式下三种模型相比，最大应力出现的部位没有明显变化，但数值发生了很大变化，以低于骨界面-1mm模型数值最大，高于骨界面1mm模型最小。颊舌向与垂直向加载相比，三种模型均呈现颊舌向数值明显高的态势。结论CT扫描最大限度地忠实于个性化的解剖结构，种植体种植深度和加载方向对骨组织内的应力分布有重要影响，本文结果将为临床种植技术提供一定的理论参考。     

振动应力下兔尺骨及骨痂的三维有限元应力与振动分析

为了综合评价振动庆力下骨痂的愈合质量,对兔尺骨及不同振动应力作用下的骨痂,建立计算机三维有限元振动力学模型。结果显示：低频（10-50Hz)应力下骨痂的频率响应,动态应力响应大于高频应力（60-100Hz)。频谱分析显示在不同激励频率下,振幅相同时,低频应力下的动态应力响应大于高频应力,与大量实验结果相一致,提示低频就历程作用下骨痂的频响性能、动态响应性能优于高频应力,与大量实验结果相一致,提示低频应力作用下骨痂的频响性能、动态响应性能优于高频应力,骨痂的结构特性与材料特性较好,这种结果为进一步临床应用提供帮助。     

The mechanical function of the periodontal ligament in the macaque mandible: a validation and sensitivity study using finite element analysis

Whilst the periodontal ligament (PDL) acts as an attachment tissue between bone and tooth, hypotheses regarding the role of the PDL as a hydrodynamic damping mechanism during intraoral food processing have highlighted its potential importance in finite element (FE) analysis. Although experimental and constitutive models have correlated the mechanical function of the PDL tissue with its anisotropic, heterogeneous, viscoelastic and non‐linear elastic nature, in many FE simulations the PDL is either present or absent, and when present is variably modelled. In addition, the small space the PDL occupies and the inability to visualize the PDL tissue using μCT scans poses issues during FE model construction and so protocols for the PDL thickness also vary. In this paper we initially test and validate the sensitivity of an FE model of a macaque mandible to variations in the Young’s modulus and the thickness of the PDL tissue. We then tested the validity of the FE models by carrying out experimental strain measurements on the same mandible in the laboratory using laser speckle interferometry. These strain measurements matched the FE predictions very closely, providing confidence that material properties and PDL thickness were suitably defined. The FE strain results across the mandible are generally insensitive to the absence and variably modelled PDL tissue. Differences are only found in the alveolar region adjacent to the socket of the loaded tooth. The results indicate that the effect of the PDL on strain distribution and/or absorption is restricted locally to the alveolar bone surrounding the teeth and does not affect other regions of the mandible.     

无托槽隐形矫治器内收上颌前牙的三维有限元分析

目的:通过有限元分析探讨无托槽隐形矫治器内收上颌前牙时的生物力学特性。方法:选取1名健康青年志愿者,获取其上颌骨及牙齿CBCT影像资料,构建上颌骨复合体及无托槽隐形矫治器的三维有限元模型,分析矫治器施力控根内收（工况一）以及矫治器施力控根内收辅以微种植钉与Power arm 150 g牵引力内收（工况二）下牙齿位移趋势及牙周膜应力分布情况。结果:工况一,前牙的冠根位移差分别为113.3、92.2、128.6 μm,最大牙周膜等效应力为79.6 kPa;工况二,前牙冠根位移差分别为89.3、74.3、184.2 μm,最大牙周膜等效应力为37.5 kPa。结论:无托槽隐形矫治器联合微种植钉和Power arm可改善上颌切牙倾斜移动的趋势并减少牙根吸收的风险,但对于尖牙的控制尚不足。     

上颌第一磨牙弯曲牙根生物组织应力的三维有限元分析

背景：根据弯根牙牙周膜应力分布为口腔临床工作者提供正畸施力的方式和大小,以此来优化正畸力系统设计。 目的：探讨上颌第一磨牙弯曲牙根受到正畸力作用下牙根及牙周膜的应力分布情况。 方法：选用正常形态和牙根弯曲的上颌第一磨牙作为建模素材,应用CT机扫描,ANSYS Workbench 11.0 有限元分析软件建立上颌第一磨牙及其牙周膜的有限元模型,应用6种不同载荷方式对模型进行加载,分析其应力分布情况。 结果与结论：弯根牙应力集中区主要在牙颈部,其次是根尖部,牙齿在做整体移动时其牙根、牙周膜、牙槽骨应力最小。对于弯根牙的矫治需要更准确的定位以及更合理的牵引力。     

正常颈椎有限元模型建立及有效性验证

目的：建立颈椎C2～C7节段三维有限元模型,分析模型的生物力学特征,进行有效性验证。方法：招募一名健康志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行颈椎连续性断层扫描,扫描区域设定为枕骨至C7椎体节段。将获得的图像数据DICOM文件导入至Mimics图像分割软件中,对颈椎骨性结构进行分割提取。在Geomagic studio软件中对获得的颈椎骨性结构模型进行去噪、光顺、修补填充等处理,拟合曲面实体,并偏移分割生成皮质骨与松质骨,将模型保存为STEP文件。在Solidworks软件中完成椎间盘髓核、纤维环及关节软骨结构的建立与模型的组装匹配。ANSYS Workbench软件中添加材料属性、接触关系、边界条件及载荷,测量颈椎在前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转6种应力作用下位移变化。结果：成功建立颈椎C2～C7节段有限元模型,颈椎C2～C3屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为7.2°、8.2°、5.3°,颈椎C3～C4屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为7.2°、8.1°、6.2°,颈椎C4～C5屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为8.1°、7.9°、7.8°,颈椎C5～C6屈伸、侧屈、旋转角度位移分别为6.9°、...     

膝关节动态有限元模型的力学分析

背景：膝关节具有解剖结构复杂性,活动多样性的特点。目前人体膝关节的生物力学研究由于不能进行直接的人体实验而进展缓慢,在尸体上进行实验又不具备正常人体的生理环境,其实验结果并不准确。 目的：采用了工程学的有限元分析方法,在无创、活体的条件下,研究膝关节各部位的受力情况。 方法：利用CT图像建立膝关节的三维动态有限元模型,在膝关节0°-90°范围内分析前后交叉韧带和髌股关节的受力。 结果与结论：前交叉韧带在屈膝0°时张力最大,然后逐渐减小,在屈膝50°-90°之间无明显变化,而后交叉韧带恰恰相反,在屈膝0°-50°时变化不大,之后逐渐增大,屈膝90°时达到最大值。髌股关节受力分析发现,髌股关节的压力是随着角度逐渐增大的。提示膝关节动态三维有限元模型能够逼真模拟膝关节活动,研究正常人膝关节各部位的受力,是骨科生物力学分析的有效工具。     

三维有限元法分析修复体应力变化的应用及前景

背景：利用三维有限元法的变分原理和加权技术,可将具有复杂形态结构的人类牙齿模型化,有利于了解动态过程中牙体硬组织和修复体的应力分布。 目的：综合分析近年来口腔领域的国内外学者对修复体生物力学的三维有限元研究状况,特别是金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填对牙体应力变化的影响。 方法：由第一作者应用计算机检索1993年4月至2012年9月PubMed数据库及2001至2008年中文期刊全文数据库、维普数据库有关三维有限元法分析金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填方式对牙体应力变化影响的文章,英文检索词为”porcelain-fused-to-metal, finite element method, stress analysis, root canal”,中文检索词为“烤瓷熔附金属全冠,三维有限元法,应力分析,根管”。排除重复性研究及Meta分析,共保留40篇文献进行综合分析。 结果与结论：三维有限元法在口腔医学中对建立高真实度和精确度的模型有着重要的意义,因此对牙体的根管治疗和治疗后修复提供了有效的生物力学信息。有关牙体与修复体在应对咀嚼作用时的应力分布在不断地探索与研究。文章总结了口腔领域国内外学者利用有限元法分析桩核冠修复体的应力变化,为将来进一步的研究提供了参考和借鉴。结果显示,三维有限元法能够建立具有非线性,各向异性等生物力学特征的三维有限元模型,能够逐渐完善其从静态分析到动态分析的转变,以真正达到精确模拟口腔生物学形态及牙齿咀嚼功能的目的。     

单双侧小关节分级切除的有限元分析

目的 :研究单双侧小关节部分和全部切除对腰椎稳定性影响。方法 :采用三维有限元法建立腰椎活动节段 (L3～L4 )的数学力学模型。结果 :全部切除L3～L4 节段间小关节 ,椎间盘纤维环的最大应力由 0 .72MPa上升为 0 .81MPa。活动节段的运动范围在单、双侧小关节切除时有明显增大 ,其最突出的倾向表现在轴向旋转和后伸旋转时 ,而前屈时最小。结论 :小关节不同程度切除后 ,腰椎活动节段纤维环最大VonMises应力的变化与其相对应的活动范围的变化呈明显的相关性。一侧小关节主要是限制活动节段向外侧扭转和向对侧弯 ,而对同侧的限制作用则较小     

后部结构切除对腰椎应力分布影响的三维有限元分析

本文应用三维有限元方法研究了后部结构切除后腰椎应力分布的变化.结果表明.后部结构切除对腰椎的应力分布未发生明显影响,但各部分的应力水平均有所上升。并就与此有关的临床问题进行了讨论.     

外旋载荷对骨盆作用机制的三维有限元分析

目的利用骨盆的三维有限元模型研究外旋应力对骨盆的作用机制。方法 1例健康成年男性志愿者进行PET-CT扫描,结果以DICOM格式输出,在PC机上进行三维重建,建立正常骨盆的有限元模型。对模型施加外旋载荷,经计算得到应力、应变及位移云图。结果水平向后加载500N于左侧髂前上棘,应力沿两条途径传导:一条是向内后方经同侧骶髂关节前部至骶骨上部,另一条是向前方经耻骨支、耻骨联合至对侧耻骨;且骨盆前环受力较大。应变以同侧骶髂关节前下方最大,前方的耻骨联合处应变也较大。位移以受力点同侧髂前上棘处最大,同侧髂骨、坐骨及耻骨支位移均较大。结论外旋载荷易造成耻骨支骨折、骶髂关节损伤,或骶骨压缩骨折。