目的利用有限元研究方法，比較下頸椎前路椎弓根螺釘人工椎體系統（anterior transpedicular screw-artificial vertebral body， AVB）與傳統頸椎前路釘板系統的生物力學性能。 方法采集1名38歲正常女性志愿者頸椎（C1～T1）CT數據，應用Mimics 14.0、Geomagic Studio 2013、ANSYS 14.0軟件建立下頸椎（C3～7）完整模型、頸椎前路鈦板椎體釘（anterior screw plate system，AP）固定模型、AVB固定模型。在C3上分別施加74 N軸向壓力及1 N·m純力偶矩，使模型產生前屈、后伸、左側彎、右側彎、左旋和右旋運動，記錄AP組及AVB組Von Mises應力云圖及最大應力值，計算并比較3組椎間活動度（range of motion，ROM）。 結果實驗建立了正常人下頸椎（C3～7）有限元模型，模型包括 286 382個單元，414 522個節點，其椎間ROM與Panjabi等及Kallemeyn等實驗數據吻合度較好。AP組在釘板連接部位出現應力集中，AVB組應力分布較均勻。在74 N軸向壓力、前屈、后伸、左旋、右旋工況下，AP組與AVB組最大應力值差異明顯。與AP組相比，AVB組固定節段ROM更小，鄰近節段ROM相對較大；與完整組相比，AP組與AVB組的整體ROM減小約3°，但鄰近C3、4及C6、7節段的ROM代償增加約5°。 結論AVB作為一種新型固定技術，其穩定性優于AP，且固定系統斷裂的風險顯著低于AP。
目的總結膝關節三維數字化模型的應用及相關研究進展。 方法查閱近年國內外膝關節三維數字化模型臨床應用和基礎研究的相關文獻，并進行綜合分析。 結果膝關節三維數字化模型可較好地模擬膝關節復雜解剖結構，并利用此優勢開發出了許多新軟件和新技術，其臨床應用取得了良好效果。 結論隨著計算機技術的發展和相關軟件的開發，傳統膝關節修復重建手術方式不斷改變，手術操作將更簡便，精確性將進一步提高。
目的 研究兔股骨三維生物力學模型的建立方法。方法 新西蘭大白兔1只，雌性，兔齡1年。制作兔股骨標本，獲取股骨斷層圖像，輸入計算機后經處理得到邊界輪廓線，再通過自編程序，獲取建模時所用的輪廓線坐標，將坐標數據輸入建模軟件，建立三維實體模型。結果 建立了兔股骨的完整三維模型，真實模擬了股骨的解剖形態。結論 兔股骨三維生物力學模型的建立為下一步通過有限元法確定振動的最佳參數，提高骨密度奠定基礎。
目的 了解1~3跖骨缺損以髂骨重建后對足功能的影響。方法 在足骨骼三維模型上模擬1~3跖骨50%及100%缺損，采用髂骨重建，以有限元法計算得到的最大位移及最大應力為指標，分別評估跖骨缺損和重建后足的位移及應力。分析1996年3月~2003年1月5例跖骨缺損以游離帶血管髂骨串聯皮瓣重建后的療效。結果 1~3跖骨缺損對足功能影響較大，與完整足相比較，缺損100% 最大位移增加2.15倍，最大應力增加2.12倍；缺損50%最大位移增加1.65倍，最大應力增加2.05倍。模擬髂骨塊重建跖骨缺損100%及50%后，最大應力及最大位移與正常數值相近。臨床應用的5例，術后骨瓣及皮瓣均成活，隨訪1~2年。按Maryland足功能評價：優2例，良2例，可1例。結論 1~3 跖骨缺損應修復，游離髂骨串聯皮瓣移植是較為理想的手術方式。
基于人體股骨CT數據,結合股骨骨折不同階段的結構特征,建立了鎖定加壓接骨板(LCP)固定股骨中部骨折的醫學裝配模型,運用三維有限元分析(3D-FEA)方法,選擇一倍體重(70 kg)生理載荷和約束條件,計算分析鎖定加壓接骨板固定股骨骨折在不同愈合階段時股骨及LCP中的應力分布。結果表明,在骨折部位未發生愈合階段與軟組織形成階段,股骨及LCP中應力分布相近,股骨內最大應力值(371.23、272.76 MPa)遠高于自然股骨,且應力主要分布于骨折處以上部位股骨;在骨痂形成階段,部分股骨內應力向下轉移,最大應力值(68.17 MPa)較前兩階段明顯降低且低于正常骨的極限強度,安排適當的康復訓練有利于新骨生長和患者康復。
通過有限元力學分析不同條件振動載荷刺激下腰椎的力學響應情況, 進而確定振動參數對腰椎的生物力學影響。本文基于CT掃描圖像, 運用Mimics對腰椎L1-L5節段進行三維重建, 利用Geomagic Studio進行曲面構型, 運用Hypermesh和Abaqus建立有限元模型, 并在Abaqus中計算不同振動頻率和振幅下的腰椎松質骨部位的應力矢量/張量變化。結果顯示在一個振動周期內, 椎體骨主要受拉應力。椎體應力分布均勻, 上下表面應力較大, 上表面左后側出現應力集中現象。不同頻率與振幅條件下的振動, 椎體所受應力分布情況相似, 頻率的變化對應力大小無明顯影響, 而振幅越大應力越大。結果表明頻率和振幅參數對椎體的應力分布影響較小, 振幅與應力大小成正相關。然而, 骨形成具有長時間積累效應, 需要進一步探究長時間疲勞影響。
利用三維繪圖軟件構建人體腰椎L4-L5節段幾何模型, 采用有限元分析方法并調整計算精度, 模擬研究椎間盤發生退變等四種工況, 如輕度退變、中度退變、重度退變以及椎間盤完全摘除時關節峽部的受力情況。通過施加在L4椎板上378.93 N的垂直載荷, 得到四種工況下關節峽部的應力云圖。結果表明, 椎間盤退變程度影響小關節處的接觸面積, 從而使關節峽部應力發生相應的變化。說明關節峽部是腰椎后部抗壓的重要結構, 而關節峽部應力分布與大小以及腰椎后部結構剛度大小和小關節處的接觸面積有關。該結論可為脊柱生物力學分析及人工椎間盤置換提供一定的理論參考依據。
比較腰椎堅強固定與彈性固定的三維有限元模型在不同生理載荷條件下的力學特點。我們以健康男性志愿者為樣本建立模型, 觀察它們在垂直、屈曲和后伸扭矩下的應力分布特點。結果顯示:在不同的載荷下, 堅強固定連接棒的受力是彈性固定的4~6倍, 彈性固定應力峰值及受力面積較堅強固定大。表明彈性固定在促進椎間融合方面比堅強固定更有生物力學的優越性。
有限元分析可以通過實驗條件仿真研究人體及動物體器官組織中的結構、內部場強等變化情況。本文應用有限元分析軟件分析與求解脊髓表面電位, 研究軀體運動控制和感覺處理中誘發的脊髓中間神經元興奮在脊髓神經中的傳播特性。建立了大鼠脊髓內電信號源三維模型, 利用電信號在脊髓內的傳導特性, 分析和計算了脊髓內部興奮中間神經元發放出來的電信號源沿脊髓橫徑方向、背腹方向變化對脊髓表面電位分布的影響, 得到了脊髓表面場電位分布曲線, 發現脊髓表面電位分布基本呈現單調特性, 且個別記錄點的電位值小于附近記錄點電位。
本文基于經椎間孔腰椎椎間融合(TLIF)治療腰椎滑脫的術式模型, 采用有限元方法探討腰椎融合術內植物固定系統中融合器和椎弓根釘在不同組合下表現出的生物力學特性。首先, 基于CT圖像結合有限元前處理軟件, 建立人體腰椎L4-L5節段輕度滑脫及內植物不同固定組合方式下的三維非線性有限元模型。比較各模型在前屈、后伸、左右側彎和左右軸向旋轉6種工況下, 腰椎活動范圍和融合器、椎弓根釘的應力分布等生物力學特征。結果表明各術式模型的活動范圍均較無損模型減少84%以上, 穩定性顯著提高。各術式模型中, 單枚融合器輔加單側椎弓根釘固定下融合器和椎弓根釘的應力值相對較大, 但差異無統計學意義。研究結果可為TLIF的體外標本實驗研究和臨床分析提供相應的生物力學參考和印證, 并為單側內固定斜行椎間融合TLIF手術的可行性提供生物力學依據。