目的:探讨隐形矫治器在上前牙内收过程中侧切牙上不同形状附件的生物力学表达,为改善临床设计提供思路.方法:通过三维有限元技术将CBCT数据进行体外仿真,分别在侧切牙上设计无附件(A1)、矩形附件(A2)、楔形附件(A3)和弯弧形附件(A4),利用Ansys计算相同载荷设计下侧切牙、牙列和隐形矫治器的三维变化及牙周膜等效应力(von Mises)分布.结果:侧切牙位移冠状向变化量A1＞A4＞A3＞A2,矢状向变化量A3＞A4＞A1＞A2,垂直向伸长量A4＞A3＞A1＞A2;各组牙列整体位移呈现弓形趋势;隐形矫治器不同部位形变存在差异.A1与A2组牙周膜von Mises分布大致相似,A3组仅在根1/3舌侧区域出现应力集中,A4组牙颈部应力远大于A1组与A2组.结论:矩形附件与弯弧形附件在冠状向控制上具有优势,矩形附件在垂直向的控制效果最佳,附件受力面积与实际位移效率并不存在绝对关联,其受力面的形状会大幅度干扰具体力学表达效果.

目的:建立外固定与髓内钉联合外固定骨搬移治疗股骨和胫骨骨缺损的术前有限元模型,评估其稳定性及生物力学性能。方法:2022年5月至2022年8月,新疆医科大学第一附属医院骨科中心显微修复外科选取1名男性志愿者,29岁,身高175 cm,体重65 kg,采用64排CT扫描右下肢,数据导入Mimics 21.0软件建立正常的股骨及胫骨几何模型。以此为基础,根据股骨、胫骨行不同固定方式骨搬移,分为股骨外固定架组、股骨髓内钉联合外固定架组、胫骨外固定架组及胫骨髓内钉联合外固定架组等4组。采用Hypermesh 10.0软件进行网格划分,在Ansys v.11软件中进行有限元分析,分别测量2种治疗方式中搬移骨段、胫骨近端及远端和固定装置的等效应力分布及特点。结果:股骨与胫骨髓内钉联合外固定架组中皮质骨与外固定架及螺钉的Von Mises等效应力峰值高于外固定架组,其皮质骨应力降幅分别约为76.9%和77.8%,外固定结构应力降幅分别为81.4%和76.3%。股骨与胫骨髓内钉联合外固定架组中结构位移峰值低于外固定架组,其位移降幅分别约为78.4%和60.1%。结论:股骨、胫骨缺损后行髓内钉联合外固定架骨搬移手术治疗可能具有更佳的生物力学优势,有利于牵张期和矿化期新骨形成和骨盐沉积。

目的:比较跟骨骨折采用螺钉空间编织固定和跟骨钢板固定的生物力学特性。方法:采用跟骨模型标本建立SandersⅢ型跟骨骨折模型：生理模型组，为正常跟骨模型；钢板组，为常规钢板固定骨折模型；金属螺钉组，为金属螺钉编织固定骨折模型；7枚和9枚可吸收螺钉空间编织组（可吸收7钉组和可吸收9钉组），为分别用7枚或9枚可吸收钉编织固定骨折模型。进行循环测试和力学压缩试验，记录载荷-位移曲线。复制金属螺钉空间编织及跟骨解剖钢板系统材料属性，建立有限元骨折模型，逆向处理完成钢板螺钉组、编织螺钉组的跟骨内固定模型；模拟人体（70 kg）单足站立状态下的跟骨生物力学特性变化，以Von Mises等效应力云图、位移云图分析结构强度分布规律。结果:20~200 N载荷的循环测试中生理模型组、钢板组、金属螺钉组、可吸收7钉组、可吸收9钉组的模型间隙分别为（0.87±0.22）、（0.82±0.08）、（0.70±0.12）、（1.04±0.13）和（0.83±1.76）mm，模型间隙的差异有统计学意义（ F=3.16， P=0.037）；其中可吸收7钉组大于金属螺钉组，差异有统计学意义（ t=4.28， P=0.003）。五组变形量分别为（0.37±0.06）、（0.38±0.07）、（0.38±0.06）、（0.52±0.07）和（0.42±0.07）mm，差异有统计学意义（ F=4.39， P=0.010）；其中可吸收7钉组变形量大于生理模型组、钢板组及金属螺钉组（ t=3.69， P=0.006； t=3.25， P=0.012； t=3.51， P=0.008）。静力测试中压缩位移分别为（7.14±0.79）、（7.30±0.66）、（6.95±0.28）、（8.19±0.61）和（7.16±0.55）mm，差异有统计学意义（ F=3.28， P=0.032），其中可吸收7钉组位移大于金属螺钉组（ t=4.13， P=0.003）；刚度分别为（570.60±122.62）、（512.86±80.77）、（497.40±66.50）、（456.21±58.19）和（560.39±94.40）N/mm，差异无统计学意义（ F=1.44， P=0.258）。有限元分析结果示3 500 N轴向压力载荷下钢板螺钉组压缩最大位移为6.47 mm、刚度为540.96 N/mm、钢板和螺钉Von Mises等效应力峰值分别为450.31、353.15 MPa，编织螺钉组压缩最大位移为5.25 mm、刚度为666.67 N/mm、螺钉Von Mises等效应力峰值为396.20 MPa。 结论:与传统跟骨外侧钢板固定相比，空间编织固定可提供跟骨愈合所需的足够稳定生物力学，在结构性稳定性方面优越于钢板螺钉，更有助于提高跟骨骨折固定的疗效。

目的:通过三维有限元分析玻璃纤维桩全瓷冠修复下颌第一磨牙近中颊壁缺损时，桩的数目和位置对基牙应力的影响。方法:对离体下颌第一磨牙使用锥形束CT扫描，提取数据，使用Mimics、Geomagic、Ansys软件建立下颌第一磨牙近中颊壁缺损的三维有限元模型，模拟玻璃纤维桩全瓷冠修复，根据桩数目和位置的不同，设计7种桩核修复模式，分别在最大载荷(F1，600 N)、垂直载荷(F2，225 N)、斜向载荷(F3，225 N)和水平载荷(F4，225 N)作用下，比较载荷、桩的数目和桩的位置对基牙von Mises应力(范式等效应力)极值和应力分布的影响。结果:纤维桩全瓷冠修复下颌第一磨牙近中颊壁缺损时，7组模型在四种载荷作用下，牙体组织von Mises应力极值分别为21.854-22.629 MPa(F1)、20.945-21.369 MPa(F2)、21.637-22.513 MPa(F3)、37.922-38.277 MPa(F4)。7组模型间牙体组织von Mises应力峰值和应力分布变化不大；增加桩核的数目对于原桩核应力分布影响不显著；随着载荷侧向力的增加，牙体组织和纤维桩von Mises应力极值逐渐增加。结论:玻璃纤维桩全瓷冠修复下颌第一磨牙近中颊壁缺损时，桩数目和位置的变化对修复后基牙应力影响不大。

目的:通过有限元分析探讨直线通路微创开髓洞型对上颌第一前磨牙力学性能的影响。方法:收集2018年6月至2020年6月于四川大学华西口腔医院口腔颌面外科就诊患者因正畸或牙周病拔除的上颌第一前磨牙，从中选取牙体完整、根尖孔发育完成的双根管牙20颗，对其显微CT（micro-CT）数据进行三维重建，在三维模型中模拟传统开髓洞型、桁架开髓洞型与直线通路微创开髓洞型的开髓与根管治疗（每组样本量均为20个）。建模完成后进行有限元分析，记录纵向及斜向负载模式下各组模型的牙颈部von Mises等效应力峰值（VM）并观测各组模型的应力分布模式。结果:纵向负载模式下，3种开髓洞型牙颈部颊侧和腭侧VM分别为：桁架开髓洞型［（146.0±12.9）和（167.6±15.9）MPa］，直线通路微创开髓洞型［（142.6±13.7）和（168.1±17.4）MPa］，传统开髓洞型［（188.7±13.4）和（200.9±25.7）MPa］。与传统开髓洞型相比，桁架开髓洞型（ t=9.01， P<0.001； t=4.59， P<0.001）和直线通路微创开髓洞型（ t=9.64， P<0.001； t=3.76， P=0.004）均可有效降低根管治疗后上颌第一前磨牙颊侧和腭侧牙颈部VM，同时缓解应力在 面集中力加载区域、牙颈部及牙根的集中。在斜向负载模式下得到了相似的结果。在两种负载模式下，桁架开髓洞型与直线通路微创开髓洞型间颊腭侧牙颈部VM差异均无统计学意义（ P>0.05）。 结论:直线通路微创开髓洞型可以有效保护根管治疗后上颌第一前磨牙的力学性能，具有一定的临床可行性。

目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)骨-假体固定界面的生物力学影响.方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型,以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件,对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异.结果 在膝关节内侧最大受力时刻,相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动,大龙骨型分别减小8%和 15.9%、增大 9.9%;小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%;三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%;三直立柱型分别减小 7.7%、14.7%、1.6%.而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期 21%时刻,相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动,大龙骨型增大 1.2%,小龙骨型增大 1.6%,三斜立柱型减小 0.4%,三直立柱型减小 2.3%.结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果,建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计,从而有效地平衡应力传递和界面微动,在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险.

目的 研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响.方法 联合UKA骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式UKA假体5种后倾角安装位置情况对术后膝关节力和运动、衬垫接触应力、线性磨损深度和体积磨损量的影响.结果 后倾角0°时,衬垫的最大von Mises等效应力为24.84 MPa,接触应力为47.61 MPa,5百万次循环(million cycle,MC)周期的磨损量为47.29 mm3.随着UKA胫骨假体后倾角的增加,步态周期内旋和后移运动均增大,摆动相的内侧关节力增大,5 MC磨损周期后衬垫von Mises等效应力与接触应力显著减小,衬垫的磨损面积、最大线性磨损深度和体积磨损量随之减少.相对于后倾角0°,后倾角为3°、5°、7°时衬垫的线性磨损深度分别减小了17.8％、19.2％、20.6％;衬垫体积磨损量分别下降了24.5％、30.9％、34.3％.结论 UKA假体考虑后倾角安装超过3°时会显著增加步态周期内旋运动和后移运动,减小聚乙烯衬垫关节面的磨损.

目的 设计3D打印多孔钛金属支架并通过有限元分析找出满足大孔径和高抗压强度的结构设计方案.方法 利用计算机Autodesk Inventor软件,设计15种不同孔隙结构的单元钛合金支架模型(5种类型单元体结构,分别为仿钻石-60°、仿钻石-90°、仿钻石-120°、正四面体和正六面体,每种类型单元体结构各有3种孔径,分别为400、600、800 μm)及其15种圆柱体模型(直径20 mm、高度20 mm),通过Autodesk Inventor软件进行有限元分析,简单模拟膝关节处受力类型及大小,转化成Mises等效应力、安全系数及形变位移的比较,分析数据,筛选出大孔径、高抗压强度的设计模型.结果 5种不同孔隙结构的单元结构模型在安全状态下,正向受力时,除正四面体外随孔径增大而最大受力减小;侧向受力时,各单元结构随孔径增大而最大受力减小;扭转受力时,仿钻石-60°和正四面体结构体随孔径增大而最大受力减小,仿钻石-90°结构体随孔径增大而最大受力增大,而仿钻石-120°和正六面体单元结构随孔径增大基本上无变化.在3种受力条件下,所有单元结构随孔径增大而形变位移增大.5种不同单元结构圆柱体模型分别在3种受力时,孔径越大,形变位移越大,Mises等效应力越大,安全系数变化同Mises等效应力相反.综合抗压能力由强到弱的顺序为:正六面体＞正四面体＞仿钻石-120°＞仿钻石-90°＞仿钻石-60°,并且每种类型圆柱体模型中孔径越小,抗压强度越大.结论 孔径大小和孔隙形态是影响支架抗压强度的重要因素.随着孔径(400、600、800 μm)的增大,各结构的强度均有所降低.正六面体、正四面体和仿钻石-120°结构模型能够满足大孔径和高抗压强度的条件.

背景:人们对正畸治疗的需求日益增加,牙周辅助加速成骨正畸技术可以使以往受限于菲薄牙槽骨三维形态的正畸牙移动有了更多的可能.目的:利用三维有限元分析法对牙周辅助加速成骨正畸手术增加牙槽骨量前、后正畸牙移动的生物力学进行探究.方法:选择1例需正畸前进行牙周辅助加速成骨正畸手术以增加下颌前牙区唇侧骨量的患者,根据其术前及术后6个月的锥形束CT数据构建术前及术后三维有限元分析模型,结合患者临床隐形矫治中正畸牙的移动过程,2个模型均分别模拟33牙远中移动0.25 mm、舌向移动0.25 mm、压低移动0.10 mm,利用ANSYS workbench 2020软件分析在无托槽隐形矫治器的作用下33牙牙体、牙周膜、周围牙槽骨的应力分布及初始位移趋势.结果与结论:①牙体应力:在相同的正畸牙移动方式下,术前33牙牙体的最大Von-Mises应力与整体应力均大于术后,手术前后的最大等效应力分布区域相近、Von-Mises应力整体分布趋势接近;②牙周膜应力:在相同的正畸牙移动方式下,术前33牙牙周膜的最大Von-Mises应力与整体应力均大于术后,手术前后的最大等效应力分布区域相近、Von-Mises应力整体分布趋势接近;③牙槽骨应力:在相同的正畸牙移动方式下,术前33牙周围牙槽骨的最大Von-Mises应力值大于术后,手术前后的等效应力分布表现为由牙槽嵴顶处向根方逐步减小;④初始位移:在相同的正畸牙移动方式下,术前33牙6个观测点在主要位移方向上的初始位移量均小于术后,并且呈现出位移量由牙尖向根尖点逐步减小的趋势;⑤结果显示:牙周辅助加速成骨正畸手术增加牙槽骨量前后,正畸牙移动的生物力学特征存在差异,在隐形矫治器的作用下,术后牙体、牙周膜、周围牙槽骨的等效应力较术前小,术后正畸牙的初始位移较术前大,这提示牙周辅助加速成骨正畸手术可以通过增加牙槽骨厚度解除菲薄牙槽骨对正畸牙移动的限制,有效改善牙根、牙周膜、牙槽骨的受力,避免了菲薄牙槽骨区正畸牙受力移动时产生应力集中从而引起并发症的状况,同时提高了牙齿的移动效率.

背景:在颈椎病的致病因素中,椎间盘突出、小关节错位和椎间孔狭窄是导致患者出现症状的重要因素,而不适当的手法复位可能会加重颈椎间盘破裂的可能性,导致患者症状加重.目的:通过有限元分析比较传统颈椎旋转复位手法与颈椎矢状位端提手法对施术节段椎间盘、小关节和椎间孔面积的影响.方法:选取1名颈部正常男性志愿者的颈部CT资料,将CT数据导入Mimics 17.0三维重建软件,依次使用Geo-magic Studio 12.0、Solidworks 2017和Ansys Workbench 17.0软件构建椎间盘、关节软骨等C3-6颈椎有限元模型;固定C5椎体下终板,在上位椎体(C3)的上表面施加均匀分布、垂直向下的50 N载荷,比较实施传统颈椎旋转复位手法与颈椎矢状位端提手法和整复时,C4-C5节段椎间盘应力、形变大小及方向、关节囊应力、小关节位移及双侧椎间孔面积的变化.结果与结论:①实施旋转复位手法时,C4-5椎间盘的最大范式等效应力为8.06 MPa、总形变为1.05 mm,纤维环向左前外膨出;实施矢状位端提手法时,C4-5椎间盘的最大范式等效应力为2.60 MPa、总形变为0.90 mm,纤维环向左后方膨出;相比于旋转复位手法,矢状位端提手法在施术时对椎间盘的压力较小(约为颈椎旋转手法的32.3%)、椎间盘形变程度也轻(约为旋转手法的85.7%);②实施旋转复位手法时,左侧和右侧关节囊韧带最大应力分别为0.37 MPa和1.69 MPa,小关节的总体位移为2.21 mm,右侧椎间孔面积减小约3.8%,左侧椎间孔面积增大约0.9%;实施矢状位端提手法时,左侧和右侧关节囊韧带最大应力分别为0.27 MPa和1.70 MPa,小关节的总体位移为1.63 mm,右侧椎间孔面积增大约2.6%,左侧椎间孔面积减小约0.9%;与旋转复位手法相比,矢状位端提手法对小关节的位移、关节囊应力和椎间孔面积改变较小,操作时较为安全;③结果提示,与颈椎旋转复位手法相比,矢状位端提手法对小关节位移、椎间盘应力/形变程度、关节囊应力和椎间孔面积的改变较小,临床中在准确评估患者病情后应结合生物力学结果选择更为合适的手法.