股骨头形状对人工髋关节力学行为影响的有限元分析

目的研究人工髋关节不同形状股骨头对髋臼变形及应力分布的影响。方法建立不同形状(球形、椭球形、蚶线球体)股骨头的人工髋关节三维有限元模型,模拟人体步态过程中的受力情况,计算并分析髋臼变形、应力以及股骨头应力的分布情况。结果在3种形状的股骨头中,球形股骨头对髋臼产生的变形量最大,蚶线球体股骨头次之,椭球形股骨头最小;蚶线球体股骨头产生的中心应力最高,球形股骨头次之,椭球形股骨头最小。结论在减少髋臼变形降低应力分布方面,椭球形股骨头比球形股骨头和蚶线球体股骨头有着明显的优势,这对于人工髋关节的优化设计具有一定的指导作用。     

缝匠肌骨瓣修复人工全髋关节置换中髋臼缺损的实验研究

目的建立缝匠肌骨瓣修复人工全髋关节置换（THR）中髋臼节段性缺损的动物模型，并观察其初步修复结果。方法16只成年山羊进行左侧THR，并造成髋臼上方负重区40％的节段性骨缺损。随机分成2组，分别以缝匠肌髂骨瓣和游离髂骨瓣移植修复，术中行骨瓣血运、带血管蒂缝匠肌骨瓣活动长度的观察，术后行大体、X线和组织学观察。结果术中缝匠肌髂骨瓣血运良好，有足够的活动长度；术后X线显示移植骨块及置换假体位置良好，固定牢靠；缝匠肌髂骨瓣仍然保持基本正常松质骨结构，与髋臼可以形成类似骨折愈合的连接。结论缝匠肌骨瓣可以很好地修复髋臼节段性缺损，效果优于游离骨瓣。     

类金刚石碳膜/Ti6A14V钛合金梯度材料的生物摩擦学性能研究

目的：研究了DLC膜／Ti6A14V梯度材料与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）组成的摩擦副的生物摩擦这特性。方法：采用面接触方式。摩擦试验采用OptimolSRV高温滑动摩擦摩损试验机并分别在于摩擦、Hank‘s溶液和生理盐水润滑条件下进行，实验时记录摩擦系，并与同样条件下Ti6A14V－UHMWPE摩擦副的生物摩擦学特性作了对比，结果：DLC梯度膜具有减摩效应，与Ti6A14V相,化学系不数明显减小，在干摩擦、Hank‘s溶液和生理盐水润滑条件下，摩擦系数分别降低了24％、5．0％和10％，同时利用扫描电镜（SEM）观察擦表面形貌并探讨了DLC膜的减摩机理，结论DCL膜／Ti6A14V梯度材料能 效地降低摩擦系数，其减摩机理与DLC膜表面结构有关。DLC膜表面为光滑非晶态的硬碳膜，有利于 降低摩擦系数。     

髋臼双柱骨折内固定生物力学稳定性的有限元分析

目的：评估双柱钛板（ A）、前路特殊塑形钛板加方形区螺钉（ B）及前路特殊塑形钛板加方形区螺钉联合后柱螺钉（C）3种内固定治疗髋臼双柱骨折的生物力学稳定性。方法利用有限元建模软件建立髋臼双柱骨折分别经3种不同方式内固定术后模型,并进行加载分析。结果分别在坐、站位下,在相同加载方式时3种内固定模型髋臼处的最大应力、最大位移及骨折线上节点位移均数比较,均为A＞B＞C。骨折线上节点位移在坐位时,A与B、C的差异均具有明显统计学意义（ P＜0.05）,但B与C及站位时三者的差异无明显统计学意义（ P＞0.05）。结论前路特殊塑形钛板加方形区螺钉联合后柱螺钉内固定治疗髋臼双柱骨折具有良好的生物力学稳定性。     

髋臼后壁骨折手术治疗的疗效分析

目的通过对手术治疗髋臼后壁骨折的回顾性研究，分析影响其疗效的因素。方法1993年8月-2004年8月手术治疗髋臼后壁骨折74例，用改良的Merle d’Aubigné和Postel评分系统评价临床效果，用Matta放射学标准评价影像学结果。结果74例患者平均随访4．3年（2—10．6年）。最终影像学结果：优34例（46％），良28例（38％），可7例（9％），差5例（7％），优良率84％。最终临床效果：优18例（24％），良43例（58％），可7例（9％），差6例（8％），优良率82％。临床效果与影像学结果存在相关性。结论骨折解剖复位牢固固定是获得满意结果的基础。骨折复位差、合并股骨头骨折、严重异位骨化和股骨头坏死是影响治疗效果的主要因素。     

有限接触动力加压接骨板固定股骨干骨折的三维有限元分析

目的探讨有限接触动力加压接骨板固定股骨干横行骨折的生物力学性能,为将来的临床应用提供科学依据。方法通过CT扫描获取股骨的空间结构信息,利用软件建立其三维实体模型,采用三维反求技术获得有限接触动力加压接骨板的三维模型。模型装配后,采用ANSYS软件模拟在“四点”前后弯曲、轴向压缩和扭转3种不同受力情况下,股骨和有限接触动力加压接骨板的应力分布情况。结果（1）系统在“四点”前后弯曲条件下,股骨螺孔处的最大应力集中于最远端螺孔处;而接骨板应力集中于边缘。（2）系统受到15Nm的扭转载荷时,股骨干骨折线两端螺孔应力分布较均匀,无明显应力集中现象;而接骨板应力集中于靠近骨折线的中间两个螺孔处。结论在“四点”前后弯曲、轴向压缩和扭转3种载荷下,接骨板上应力集中的区域位于板边缘或者中间,而股骨的应力都集中在骨折位点中问的螺孔或最远的两个螺孔处。     

新型动力化前路方形区钛板螺钉系统在不同置钉方法下固定髋臼骨折的有限元比较

目的 采用三维有限元分析法研究新型动力化前路方形区钛板螺钉系统(DAPSQ)固定髋臼高位双柱骨折的生物力学特点,并比较其在不同方形区螺钉置钉方法 下的生物力学稳定性.方法 应用1例成年男性志愿者骨盆CT图像构建左侧髋臼高位双柱骨折的全骨盆有限元模型,并采用新型动力化前路方形区钛板螺钉系统固定.分别构建DAPSQ联合单方形区螺钉(A组)、双方形区螺钉(B组)、三方形区螺钉(C组)和四方形区螺钉(D组)固定模型,施加600 N垂直载荷或8N/m扭矩,模拟骨盆站位、坐位、站位+健侧旋转和站位+患侧旋转,比较各组内固定方法 下骨折线平均位移和内固定应力分布情况.结果 在站位、坐位、健侧旋转和患侧旋转4种工况下,方形区骨折线路径上各节点平均位移表现为A组>B组>C组>D组,组间比较显示D组位移显著低于A组和B组(P<0.05),C组和D组比较差异无统计学意义(P>0.05).应力分析结果 显示,站位和坐位下D组应力主要集中在钛板螺钉结合处,以近端第1枚方形区螺钉承担应力最大.结论 新型动力化前路方形区钛板螺钉系统固定髋臼高位双柱骨折的生物力学性能可靠,推荐在方形区应至少置入3或4枚螺钉进行固定,且靠近坐骨大切迹的方形区螺钉为关键钉.     

缝匠肌骨瓣修复人工全髋关节置换中髋臼缺损的实验研究

目的 建立缝匠肌骨瓣修复人工全髋关节置换(THR)中髋臼节段性缺损的动物模型,并观察其初步修复结果.方法 16只成年山羊进行左侧THR,并造成髋臼上方负重区40%的节段性骨缺损.随机分成2组,分别以缝匠肌髂骨瓣和游离髂骨瓣移植修复,术中行骨瓣血运、带血管蒂缝匠肌骨瓣活动长度的观察,术后行大体、X线和组织学观察.结果 术中缝匠肌髂骨瓣血运良好,有足够的活动长度;术后X线显示移植骨块及置换假体位置良好,固定牢靠;缝匠肌髂骨瓣仍然保持基本正常松质骨结构,与髋臼可以形成类似骨折愈合的连接.结论 缝匠肌骨瓣可以很好地修复髋臼节段性缺损,效果优于游离骨瓣.     

股骨髋臼撞击综合征非手术治疗与关节镜手术治疗效果比较的Meta分析

 目的 采用Meta分析对股骨髋臼撞击综合征患者采取关节镜手术治疗和非手术治疗的临床效果进行比较,为临床治疗股骨髋臼撞击综合征提供循证证据。方法 检索 PubMed、Embase、 Cochrane 图书馆、中国知网、万方知网等数据库中比较非手术和关节镜手术治疗股骨髋臼撞击综合征的临床随机对照研究,经过严格的质量评价后使用 RevMan 5.3软件进行Meta 分析。临床指标为iHOT-33评分、HOS-ADL评分。结果 共纳入3篇文献,Meta 分析结果显示,HOS-ADL评分关节镜手术治疗组高于非手术治疗组,差异有统计学意义(MD＝7.80,95%CI:2.95～12.656,P＜0.05),两组iHOT-33评分差异无统计学意义(MD＝2.35,95%CI:-12.62～17.33,P＞0.05)。结论 Meta分析结果表明,髋关节镜手术治疗股骨髋臼撞击综合征能够取得较高的HOS-ADL评分,而iHOT-33评分两种治疗方法的差异无统计学意义。     

不同钢板内固定方式治疗髋臼横行骨折的生物力学分析

目的对不同钢板内固定方式治疗髋臼横行骨折的生物力学进行研究。方法将60具新鲜成人半骨盆标本制成髋臼横行骨折模型并随机分成A、B、C、D、E五组,每组各12具标本。采取前柱锁定重建板对A组标本进行固定,后柱锁定重建板对B组标本进行固定,前柱锁定重建板联合后柱拉力螺钉对C组标本进行固定,前柱拉力螺钉联合后柱锁定重建板对D组标本进行固定,双柱拉力螺钉对E组标本进行固定。各组标本在生物力学试验机的作用下分别接受600、1200、1800N载荷,测定各组标本骨折端水平位移及纵向位移距离,计算轴向刚度。结果 C、D、E组标本水平位移、纵向位移距离均显著小于A、B组,差异具有统计学意义(P0.05);C、D、E组轴向刚度均显著大于A、B组,差异具有统计学意义(P0.05);A组标本水平位移、纵向位移距离均显著小于B组,差异具有统计学意义(P0.05);轴向刚度显著大于B组,差异具有统计学意义(P0.05);C、D、E组间各指标相比,差异无统计学意义(P0.05)。结论髋臼横行骨折采取双柱固定所获得的稳定性高于单柱固定方式,而不同双柱固定方法所获得的稳定性接近。     

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。     

气密轴承接触活动性能的有限元建模

目的分析航天服气密轴承活动特性的影响因素,改进航天服轴承的几何结构。方法用有限元方法分析影响气密轴承活动特性的影响因素,分析了接触圆角、轴承密合度、装配预紧力、压力载荷等因素对接触密封应力情况的影响,通过样件轴承的活动性试验对有限元模型进行验证。结果仿真分析得出了轴承整体应力的分布情况,得出了满足密封要求下最小活动力矩的几何参数。有限元模型计算的气密轴承活动力矩随压力载荷的趋势与试验测量结果基本一致。结论所建立的气密轴承有限元模型方法正确,适用性强,可以应用于其他轴承结构的理论分析。     

低温手术过程多维传热有限元分析

目的 通过有限元分析,给出低温手术过程组织三维瞬态温度场;考察人体血液灌注和代谢产热对其影响,为优化设计冷刀提供参考。方法 充分考虑组织物性和内热源的非线性,使用基于有限容积法的大型商业有限元软件Ansys求解描述低温手术过程组织传热问题的经典生物传热方程。结果 考虑血液灌注和代谢产热后,组织局部降／复温速率降低、所经历的最低温度绝对数值减少;对应时刻,组织内局部温度梯度增加;相同手术方案下,组织内冻结区域减小,且冰球生长过程减慢。结论 人体血液灌注和代谢产热对低温手术过程影响显著,体外实验由于无法模拟血液灌注和代谢产热效果而对冷刀的优化设计作用有限,必须进行在体实验以优化冷刀及其相应的低温手术方案。     

体外除颤时胸腔电场分布的有限元集成仿真研究

目的 探讨求解体外除颤时胸腔电场分布的集成仿真分析方法,为生物电场理论的临床应用研究提供参考.方法 分析人体胸腔的生物电容积导体属性,给出描述心律失常的体外电除颤时胸腔电场的数理方程;进而采用SCIRun有限元分析工具对胸腔电场分布进行集成仿真求解.结果 通过数值计算求解,获得了放电过程中胸腔各处的电势、电压梯度线、等势面,及心脏区域电压梯度值等多种电场分布数据.结论 应用有限元集成求解方法分析体外除颤时人体胸腔复杂电场分布是可行的,对除颤技术的临床研究和方法改进具有一定的指导意义.     

磁感应断层成像技术中涡流问题的有限元法仿真研究

目的 为了求解磁感应断层成像(magnetic induction tomography, MIT)技术中的涡流问题,以获得MIT正问题的有效解法.方法 推导了对应于MIT技术的涡流场的微分方程及其边界条件,采用有限元方法计算了场域内一些不同电导率或位置的扰动目标下的位函数.结果 仿真计算结果与单线圈MIT系统的测量结果相吻合.结论 本文提出的有限元计算方法适用于生物组织磁感应断层成像技术,是解决MIT正问题的一个有效方法,更完善的仿真计算模型有望进一步提高计算精度.     

基于分割后断层成像数据的人体头部有限元模型构建方法

目的 基于分割后的断层成像数据构建人体头部的有限元模型.方法 采用四步剖分法得到初始网格并用最长边繁衍路径(longest edge propagation path)与棱边收缩(edge collapse)的方法进行网格的细分与优化.在通过该方法得到的三层球与真实头模型上分别进行脑电正问题的仿真计算.结果 结果显示在此模型基础上进行有限元计算的合理性与可靠性.结论 采用该方法生成的人体头部有限元模型可包含多层组织,并能应用于基于有限元方法的生物力学、生物电磁学领域的各种科学计算.     

不同运动负荷下腰椎应力的三维非线性有限元分析

目的:利用三维非线性有限元分析,研究1500N压力和15Nm弯矩下的脊椎前屈、后伸、侧弯和扭转运动时腰椎应力分布,探讨腰椎运动损伤的力学机制.方法:基于L3-L4节段的CT扫描数据建立有限元模型.根据腰椎三关节复合体结构,观察椎间盘膨出内陷尺度、纤维环应力水平、小关节负荷水平及后部结构等效应力分布来评价运动负荷导致的力学变化. 结果:压力和前屈负荷引起椎间盘前部受压膨出,后伸和侧弯负荷引起椎间盘在后部和后外侧部膨出.扭转不仅引起单侧小关节高负荷承载,还造成椎间盘后外侧区纤维环应力集中.后伸时小关节负荷虽低于扭转,但高于侧弯和前屈.椎弓根和椎弓峡部在压力和后伸负荷下等效应力较高.结论:椎间盘对压力的耐受性好于拉力,椎间盘后外侧区是各负荷下变形最大的区域,该部纤维环易于出现高应力而失败.小关节对腰椎活动特性有重要作用,扭转、后伸和高压力负荷引起小关节承受高负荷和小关节应力失败有关.椎弓根和椎弓峡部以及椎体前上部皮质骨区在屈伸和压力负荷下容易出现与应力相关的破坏.     

髌骨位姿异常对髌股关节接触影响的研究

目的 深入研究髌骨位姿异常对髌股关节的接触影响.方法 通过正常膝关节MRI图像数据建立了髌股关节的正常和异常接触模型,基于正交试验对不同水平的髌股关节异常接触模型进行了有限元仿真模拟.结果 1)在膝关节屈曲过程中,髌股关节接触特性(Von Mises应力、接触压力和接触面积)对髌骨的屈曲和旋转参数最为敏感;2)髌股异常...     

指定位移时牙种植体周围颌骨组织应力的三维有限元分析

目的：研究指定位移约束对颌骨的应力分布影响。方法：建立一个实用局部模型，采用三维有限元分析法（FEM），计算此模型在不同指定位移情况下的各节点的应力和位移。结果：种植体周围骨组织的应力沿种植体轴线对称分布，在皮质骨层应力值很大，在孔底部分松质骨层应力值较小；应力值大小与指定位移大小呈正比的线性关系。结论：在研究和预估测种植体周围颌骨组织内应力分布时，指定位移是一个不可忽略的因素。     

有限元法计算大鼠胫骨骨密度变化

目的利用有限元法计算力载荷引起的大鼠胫骨骨密度变化。方法利用大鼠胫骨的工业CT扫描图像,建立其三维计算机模型;应用Beaupr啨提出来的内部骨重建方程,采用有限元法计算骨密度的变化。结果得到了各单元的骨密度变化量,及密度变化量的分布图。结论计算结果与生物实验结果吻合,证明了计算结果的准确性。