骨小梁结构对髋关节置换的应力分布影响的研究

本文建立了置换前的髋关节模型及置换后有无骨小梁结构的髋关节假体模型,通过有限元数值模拟得到了带骨小梁结构的髋关节假体在生理载荷下的力学分布规律,初步研究臼杯骨小梁结构和袖套骨小梁结构对髋关节置换后的应力分布的影响,从生物力学的角度为骨小梁髋关节置换的临床应用提供一些参考.     

颈干角和前倾角变化对髋关节应力分布影响

本文建立了不同颈干角和前倾角的置换后有骨盆髋关节模型,通过数值模拟分析了颈干角和前倾角的变化对置换后髋关节各部分应力分布规律的影响.通过对不同颈干角和前倾角的髋关节模型进行数值模拟,发现随着髋关节模型颈干角和前倾角的改变,股骨和假体柄上的最大应力值及位置也会随之改变且呈现一定的规律性,说明颈干角和前倾角也是影响髋关节应力分布及应力值大小的重要因素.     

钛合金接骨板固定股骨骨折的有限元分析及实验验证

本研究对由钛合金接骨板固定的股骨骨折系统进行了有限元分析及实验验证.通过数据对比,发现有限元法分析结果与实验结果呈现的规律大致相同,结果数值的部分差异在误差范围之内.有限元法分析结果和实验结果呈现的应力转移情况,与骨愈合过程中实际应力转移情况是相吻合的.本研究证明用有限元法分析股骨骨折系统的应力情况是可行的.     

假体置换前后股骨粘弹性的实验研究

目的研究成人股骨假体置换前后股骨粘弹性的变化,以及与假体材质、形状和固定方式的关系.方法相同条件下测试正常成人股骨假体置换前后压缩和悬臂弯曲状态下应力松弛、蠕变.结果得出各种状态下应力松弛曲线、蠕变曲线.结论假体置换术后应力松弛下降的速度较术前快,应变上升的速度较术前慢,骨水泥固定组改变不明显,与假体形状和材质无明确关系.     

髋关节假体脱位与日常行为动作关系

以髋关节置换术后常见的脱位失效为研究对象,在Adams运动学分析软件环境下,设计并开发了可视化髋关节假体运动分析模块.该模块能够构建不同设计参数的髋关节假体模型,模拟各种行为条件下的髋关节运动,检测关节假体的活动范围.利用光学运动捕捉系统对正常人群进行日常行为的下肢运动学测量.将模块对假体的运动学分析结果与实验测量的天然关节的运动数据对比,研究并发现了髋关节假体的脱位与行为运动的关系,结果显示术后的高屈曲动作脱位风险较大,尤其是下蹲动作.
     

髋关节内置假体设计方法

提出一种新的内置假体设计方法.先利用股骨CT图像数据,通过提取股骨外形及髓腔轮廓线并进行封闭、光顺处理,然后根据股骨髓腔几何解剖状态设计个体股骨假体.利用股骨CT图像中每个象素的CT值和ANSYS软件提供的参数设计语言APDL进行二次开发并形成自主开发的材料属性赋值程序.有限元分析时调用研发的材料属性赋值程序,将股骨有限元模型的每一单元赋予相应的材料属性,实现股骨有限元模型每个单元材料正确的非均匀及各向异性描述,在此基础上进行有限元计算和接触有限元计算,对比置换前后股骨的应力分布情况及大小,检验假体设计的合理性.研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠.     

完整步态下人工髋关节微动的非线性有限元分析

采用接触非线性有限元模型,分析在生理载荷下一个完整步态中人工髋关节的微动规律.通过CT图像重建出完整股骨三维CAD模型,按照手术要求模拟关节植入,采用面-面模型构造出人工髋关节置换术(THR)后假体与股骨接触非线性有限元模型.按照不同步态事件下髋、膝关节力作为栽荷步进行加载计算.计算结果分析表明:一个步态下人工髋关节的微动在0～25 μm,微动形式分别为沿矢状轴和冠状轴的旋转运动.造成长期效应下的人工髋关节无菌松动的主要原因是关节的微动.     

近端股骨的非均匀及各向异性有限元模拟

为解决植入假体存在的松动和下沉等并发症,适应个性化内置假体快速自动设计和制造的要求,提出一种在定制型人工髋关节股骨内置假体设计过程中, 基于医用CT和CAD技术,利用有限元力学分析建立近端股骨各向异性力学模型的新方法.该方法利用CT原始图像数据、结合自主开发软件,使股骨三维模型具有原股骨的各向异性与非均匀性, 建立近端股骨接近真实股骨力学性能的三维有限元模型,为真实地模拟和分析近端股骨的结构和材料力学性能,更精确地测定股骨在生理载荷下的应力应变与植入假体后的响应,为定制型人工股骨假体设计提供了生物力学基础,实现人工股骨假体的优化设计创造了很好的条件.     

基于次弹性模型的三维牙周膜建模仿真研究

建立和研究牙周膜的次黏弹性本构模型.对用次弹性模型描述牙周膜力学特性的合理性进行了分析,基于各向同性假设和小应变的条件进行推导,建立了基于单轴拉伸实验数据的牙周膜多轴次弹性模型;基于已有的试验数据,构建了牙周膜次黏弹性本构模型,并确定了粘性参数;在此基础上,建立了牙颌有限元模型,并使用次弹性模型对文献的实验进行了仿真.结果表明,有限元仿真结果与实验数据基本符合,该次弹性本构模型能够描述牙周膜的力学特性.     

髋关节假体专家系统中力学评价方法的实现

髋关节重建术中假体的选择与手术效果直接相关,为更好地利用专家的经验,提高选择假体的准确性,开发了髋关节假体优选专家系统,并引入生物力学的快速评价方法作为选择假体的力学准则.基于患者X光片的数据信息,用Matlab和VB语言进行专家库系统的整体模块开发,对力学评价模块采用Matlab与ANSYS中的APDL语言开发.经过力学仿真及分析,得到了几何相似性和力学相似性较高的有限元模型,分析结果与文献结果较为吻合,并据此提出了在专家库系统中选择假体的评价准则.