基于自适应网格技术的牙齿移动骨重建过程模拟

目的建立一种可以高效模拟正畸牙槽骨重建的方法。方法建立单颗门牙和磨牙的完整牙及牙周模型,模拟位移控制和力控制加载远中平移,基于外部重建理论和牙周膜应变理论,实现基于利用ABAQUS子程序UMESHMOTION结合自适应网格技术(ALE),模拟牙槽骨重建过程。结果位移控制能够将初始远中位移加载量50μm通过骨重建算法实现,达到远中移动牙槽骨重建位移量50μm;力控制模式在施加1 N初始远中方向力并考虑最终衰减到50%初始力水平情况下,单、双根牙最终位移量分别为67.50、23.77μm。两种模式均实现骨重建后牙周膜上绝对值最大主应力恢复到0应力水平,牙周膜达到新的力学平衡。该算法可以在很短时间内很好模拟单、双根牙槽骨的重建过程。控制成骨和破骨速率比为7∶5时,单次迭代位移移动量控制在0.1μm能够得到稳定的重建过程。结论本方法首次实现了双根牙槽骨重建模拟,在位移和衰减力控制下均可以很好模拟牙槽骨重建的过程,为无托槽和有托槽正畸力系的设计提供有效工具。

两种隐形正畸序列磨牙远移的有限元比较

目的比较两种远中移动序列的无托槽隐形矫治在磨牙远移方面的执行效果。方法建立包含牙体、牙周膜、牙槽骨及隐形矫治器的下颌右侧7颗牙齿有限元模型,分别选用两种推磨牙远中移动对牙齿进行模拟第二磨牙远移0.5 mm的过程,采用牙槽骨重建技术模拟长期牙齿移动效果。结果V型、ZC远中移动序列第二磨牙最大远中位移分别为0.27、0.34 mm,ZC远中移动执行效率增大13.34%;牙齿内倾分别矫正0.18、0.44 mm,舌侧内倾角度分别矫正1.15°、2.69°,ZC舌侧内倾矫正率提高15.01%;远端倾斜分别增大1.83°、0.84°,ZC远端倾斜角度减小54.10%。结论ZC远中移动序列方法在无托槽隐形矫治中能够更有效地实现磨牙远中移动,减少磨牙远中倾斜和矫正磨牙舌侧内倾,为无托槽隐形矫治创造前牙间隙提供有利条件。

氢气气泡模板电化学诱导沉积纳-微米二级结构钙磷盐生物材料的研究

生物材料的多孔结构对于植入后细胞的响应及其与机体组织的有效整合有着决定性的影响.采用电化学沉积方法在钛基表面成功制备多孔钙磷盐及钙磷盐/蛋白质复合膜层.本文选择合适的电解液浓度、温度、电流密度、时间和蛋白质添加剂等,可有效地控制钙磷盐晶体的形状、尺寸和柔韧性,并初步探讨了氢气气泡模板的作用机制.研究结果表明,动态氢气气泡是一种有效的模板,可控制钙磷盐晶体的生长速度,成功构筑纳-微米二级结构钙磷盐生物材料.

3D打印技术辅助经颈前路的新型椎弓根固定系统治疗颈椎病合并骨质疏松的三维有限元分析

背景:骨质疏松患者颈椎内固定治疗的稳定性差,骨折愈合过程缓慢,同一部位及其他部位发生再骨折的风险明显增大,因此需要设计出一种新的经前路内固定的方式,以期减少并发症及手术翻修率。目的:采用三维有限元分析和3D打印技术,设计新型治疗颈椎病合并骨质疏松经前路椎弓根入路的固定系统,有利于提高手术后患者颈椎的稳定性。方法:收集2017年12月至2019年12月在沈阳医学院附属中心医院骨科体检的15例颈椎健康者和15例骨质疏松患者的三维CT数据资料,通过3D打印技术构建30例受试者颈椎的三维模型,依据椎弓根定位导向器,设计出新型钉板内固定系统,并对3D模型进行体外条件下定位器引导的颈椎前路入路的椎体椎弓根固定。随后将制备好的术后模型连接计算机,进行有限元分析及生物力学分析,依据分析结果设计出最佳钉板内固定系统。结果与结论:①利用3D打印技术成功构建出骨质疏松患者的颈椎模型,以及经椎体前方椎弓根固定定位导向器和经椎体前方椎弓根固定钉板系统;②有限元生物力学分析结果显示,严重骨质疏松患者骨质比正常骨质受扭转位移和转角明显增高,加螺钉对承受前后曲和左右弯扭转变形改善不明显,加螺钉对承受轴向扭转载荷变形有明显改善;③结果证实,试验借助3D打印技术设计出一种用于颈椎前路入路的椎体椎弓根内固定钉板系统,证实3D打印技术可以成功辅助颈椎经前路椎弓根固定来治疗颈椎病合并骨质疏松。

后方韧带复合体损伤对腰椎后路椎间融合术后邻近节段影响的有限元分析

目的利用三维有限元分析方法量化评价后方韧带复合体损伤(posterior ligament complex,PLC)对腰椎后路椎间融合术后邻近节段椎间盘和小关节的生物力学影响。方法建立正常的腰骶椎(L_(1)-S_(1))三维有限元模型(normal model,Nm),分别建立单纯融合模型(fusion model,Fm)、腰椎后路椎间融合模型(posterior lumbar interbody fusion model,PLIFm)、切除上邻近节段PLC的腰椎后路椎间融合模型(PLC resection and posterior lumbar interbody fusion model,PR&PLIFm),在相同的预载荷和力矩加载下进行前屈、后伸、侧弯和扭转运动,分析比较4组模型手术及邻近节段的活动度(range of motion,ROM)、椎间盘应力和小关节接触力变化。结果成功建立了正常有效的腰骶椎有限元模型及3种融合模型。3种融合模型均出现邻近节段ROM和椎间盘应力的不同程度增加,PLIFm和PR&PLIFm在邻近节段ROM、椎间盘应力和小关节接触力的增加更显著,切除PLC在前屈时对上邻近节段所受影响更大。结论腰椎融合导致邻近节段活动度、椎间盘应力和小关节负荷的增加,切除后方韧带复合体导致邻近节段的应力增加,邻近节段退变的风险增加。

多孔钛腰椎融合器在不同入路椎间融合术中的生物力学性能

目的探究采用多孔融合器在不同入路腰椎融合术的生物力学性能。方法建立完整腰椎三维有限模型,通过实验方法获得多孔材料的力学参数。针对多孔融合器在前路腰椎椎间融合术(anterior lumbar interbody fusion, ALIF)、后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar interbody fusion, PLIF)、经椎间孔腰椎椎间融合术(transforaminal lumbar interbody fusion, TLIF)和直接外侧椎体间融合术(direct lateral interbody fusion, DLIF)中的生物力学性能进行对比研究。结果在施行椎间融合术后,DLIF、ALIF模型预测的活动度(range of motion, ROM)和融合器应力明显低于PLIF、TLIF模型,DLIF、ALIF和TLIF模型预测的终板应力明显低于PILF模型。结论采用多孔融合器的DLIF模型显示出较优的生物力学性能,而且在临床过程中操作简单适于微创术式。DLIF手术具有更优的综合性能。

膝关节假体股胫接触面积的影响因素

目的 通过建立自动化流程对膝关节假体股胫接触面积的影响因素进行分析,总结设计参数对接触面积的影响规律,并找到最大接触应力和接触面积之间的关系。方法 在Isight中建立参数化有限元模型,包括几何模型自动变参、自动化有限元前处理和有限元运算3个组件,实现自动化流程,提取接触面积进行统计学分析。结果有限元模型用Tekscan应力分布系统进行验证。当股骨、胫骨矢状面半径逐渐接近时,接触面积最大为295 mm^2。股骨矢状面半径对接触面积是正效应,而胫骨矢状面半径是负效应。最大接触应力和接触面积近似呈线性负相关。结论 通过分析股胫矢状面半径对接触面积和接触应力的影响规律,为临床降低衬垫磨损提供设计依据。

定向拉伸工艺对可吸收肩袖补片力学性能的影响

目的研究定向拉伸工艺对不同可吸收补片力学性能的影响,评价其作为肩袖损伤修复补片的潜力。方法采用定向拉伸工艺制备聚乳酸基材料的可吸收补片,设定不同的定向拉伸温度(50~80℃)和拉伸比(0.5~4.3),研究不同参数对不同材料可吸收补片力学性能的影响,同时对其热性能、结晶性能和表面形貌进行表征。结果定向拉伸温度和拉伸比可以调控可吸收补片的拉伸强度和拉伸应变、热性能、结晶性能和微观形貌。当拉伸温度分别为60、70、70℃,对应的拉伸比分别为3、3、4.3时,聚-L-丙交酯-乙交酯的共聚物(PLGA)、聚-L-丙交酯-D,L-丙交酯的共聚物(PLDLLA)、聚-L-丙交酯-ε-己内酯的共聚物(PLC)最大拉伸强度分别为(74±7)、(97±6)、(107±8)MPa,大于犬类冈下肌腱的力学强度(40 MPa),但仅有PLDLLA补片的应变满足天然肩袖的柔韧性。结论定向拉伸工艺可以提高可吸收补片的力学性能,PLDLLA补片具有增强肩袖撕裂的潜力。