PVP術后對鄰近節(jié)段椎體生物力學影響的有限元分析

1有限元法的基本概念。有限元法，是將某一結構劃分成許多個有限大小的子區(qū)域的集合，把每一個子區(qū)域稱作為單元或元素，單元的端點稱為節(jié)點，單元之間通過節(jié)點連接，將單元的集合稱為網格。而實際的結構可以看成為這些單元在它們的節(jié)點上相互連接而組成的等效集合體。然后利用虛功原理和基本力學方程建立以點位移為未知量的線性方程組來求解，整個計算過程編成程序后，由電子計算機來完成。

有限元分析法是指對復雜形態(tài)物體的應力及應變進行分析,具有力學性能測試全面、客觀、可重復性的特點。目前,有限元分析法已被廣泛應用于脊柱畸形、腰椎損傷以及假體植入等人體復雜結構生物力學的研究中。本文主要介紹有限元分析法在腰椎的椎體、間盤、韌帶及肌肉組織中的應用,結合其概念、原理、建模方法等,總結該方法在新型內固定物力學特性研究中的優(yōu)勢,探討其對不同植骨內固定術式選擇的臨床意義。

目的研究腰椎終板不同位點的壓應力分布規(guī)律,分析腰椎間盤退變對軟骨終板壓應力的影響。方法選取一青壯年男性新鮮尸體的腰椎運動節(jié)段標本,螺旋ct機對腰椎運動節(jié)段進行連續(xù)ct掃描,利用有限元分析方法,建立l4/5運動節(jié)段有限元分析模型,在此基礎上建立椎間盤退變模型。模擬椎間盤正常狀態(tài)和椎間盤退變狀態(tài),在l4、l5椎體終板上選擇具有代表性的結點,分別代表椎體終板正中部、左右側邊緣、后中部和前中部,對上下軟骨終板壓應力分布進行有限元分析。結果椎間盤退變組較正常組的終板壓應力均顯著增大,上下終板在軸向加載、前屈、后伸、左旋和右旋加載時椎間盤退變組較正常狀態(tài)時應力分布均顯著增大,具有統(tǒng)計學意義(p<0.05)。結論腰椎椎間盤退變因素對終板的應力分布有明顯影響,隨著椎間盤退變,椎間盤軟骨終板應力顯著增大。

目的研究行單側椎弓根穿刺椎體后凸成形術(pkp)后,骨水泥用量對中間椎體壓縮骨折的骨質疏松性五聯(lián)椎體模型的生物力學影響。方法采用新鮮成年豬脊柱胸腰段五聯(lián)椎體制作中間椎體骨質疏松并n度壓縮骨折模型,分為a、b、c、d4組,每組15個標本。a組不行pkp術,b、c、d組行經單側(右側)穿刺pkp術,注人骨水泥量分別為傷椎體積的15%、25%、35%,記錄骨水泥滲漏情況。手術24h后應用電子力學實驗機測試各脊柱單元的極限抗壓強度及剛度;b、c、d組繼續(xù)加壓直至出現兩處新發(fā)椎體骨折(傷椎除外),并記錄新發(fā)骨折椎體的位置。結果b、c、d組脊柱單元強化后的剛度分別為(234±8)n/mm、(259±12)n/mm、(294±13)n/mm,均優(yōu)于a組的(204±12)n/mm,差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05)b、c、d組強化后的脊柱單元極限抗壓強度分別為(3428±96)n、(3134±86)n、(2615±90)n,均大于a組的(1758±55)n,差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05);b、c、d組分別有17、21、27個新發(fā)椎體骨折位于強化椎相鄰位置,且分別有1、3、11個脊柱單元發(fā)生骨水泥滲漏,組間差異均具有統(tǒng)計學意義(p<0.05)。結論pkp可有效恢復骨折椎體的力學性能,使其剛度及極限抗壓強度得到明顯改善;但強化椎鄰近椎體的應力在pkp術后較術前有明顯增加,使椎體極限抗壓強度下降,骨水泥用量是導致強化椎鄰近椎體骨折的因素之一。

目的:分析4種骨質中兩后牙同時缺失時種植體兩單冠與聯(lián)冠修復的最大von-mises應力值和最大位移值,為4種骨質中兩后牙缺失時最佳種植修復尋找理論依據方法:采用三維有限元分析法,建立8個含雙種植體的下頜骨三維有限元模型。在第一、第二磨牙區(qū)各植入一枚種植體(直徑4.0mm、長13mm光滑圓柱形及直徑4.8mm、長10mm螺紋圓柱形種植體),采用垂直分散加載100n及頰舌向傾斜45°分散加載45n,分析種植體-骨界面的最大von-mises應力值及最大位移值結果:同種骨質中不同修復方式時,最大von-mises應力值v_單>v_聯(lián)。最大位移值d_單>d_聯(lián)。結論:聯(lián)冠修復方式優(yōu)于兩單冠修復方式。

背景:對于足底筋膜炎生物力學的研究利用實驗條件獲取存在一定的難度,有限元法可以利用其強大的建模及模擬計算功能解決實驗獲取存在的難題。目的:探討有限元分析在足底筋膜炎產生機制、治療方法、鞋及鞋內墊的設計等幾個方面的應用,為足底筋膜炎的預防及康復提供理論性指導,并對有限元分析在足底筋膜炎研究的應用提供新的思路。方法:第一作者以\"有限元分析,足底筋膜(炎),足部,生物力學,finiteelementanalysis,plantarfascia(fasciitis),foot,biomechanics\"為檢索詞,在中國期刊全文數據庫(cnki)、百度學術、pubmed數據庫中檢索了1981年至2016年相關文獻。結果與結論:目前各種用于模擬人體生物力學作用機制的模擬分析算法不斷地開發(fā),進而實現對復雜結構的足部組織以及鞋模型的建立和分析；對足部連續(xù)運動狀態(tài)下非線性的、動態(tài)分析將得以實現,使得模擬分析的真實度得以提升；利用有限元法進一步的進行足底筋膜炎治療手段的探索、康復器械的研發(fā)、鞋類整體材料和結構的設計都將是今后研究的發(fā)展方向。

目的評價后凸成形骨水泥(polymethylmethacrylate,pmma)強化技術對骨質疏松情況下骶骨釘固定強度的生物力學影響,為骶骨釘松動選擇堅強的補救技術提供依據。方法11具新鮮骶骨標本用于實驗,并采用dexa評價標本骨密度。在同一骶骨標本上,依次建立非pmma強化和pmma強化骶骨釘的固定模型如下,a組:單皮質椎弓根釘;b組:雙皮質椎弓根釘;c組:傳統(tǒng)pmma強化單皮質椎弓根釘;d組:后凸成形pmma強化椎弓根釘;e組:后凸成形pmma強化側翼釘。在mts試驗機上對五種骶骨釘依次進行軸向拔出測試,記錄最大拔出力并比較。結果11具標本的平均骨密度為0.71±0.08g/cm2。a組的螺釘拔出力(508n)顯著低于其他4種固定組(p0.05),但是,兩者的拔出力均顯著低于c和d組(p<0.05)。重要的是,d組(986n)的拔出力顯著高于c組(846n)。結論在骨質疏松患者的骶骨固定中,雙皮質骶骨椎弓根釘較單皮質具有顯著的力學優(yōu)勢。骶骨椎弓根釘一旦發(fā)生松動,傳統(tǒng)的和后凸成形pmma強化技術均可成為補救手段,并且后凸成形pmma強化骶骨椎弓根釘可獲得最堅強的錨定。

目的評估骨質疏松情況下genex骨水泥強化椎弓根釘的固定強度。方法應用微量注射泵對30個新鮮小牛腰椎標本注射稀鹽酸建立骨質疏松椎體模型。60個椎弓根分為四組:genex骨水泥組,硫酸鈣骨水泥(csc)組,聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(pmma)組,對照組。隨機選擇一側注射2.5ml骨水泥,然后置入螺釘;另一側行正常螺釘固定對照,應用材料試驗機進行軸向拔出力測試,記錄各組的軸向最大拔出力和能量吸收值并進行比較。結果genex組與csc組兩組拔出力及能量吸收值比較,差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05),兩組均顯著低于pmma組(p<0.05),兩組均顯著高于對照組(p<0.05)。結論genex骨水泥強化椎弓根釘可顯著提高椎弓根固定強度,genex骨水泥可用作椎弓根強化螺釘的填充材料。

目的觀察保留后方韌帶復合體對單開門椎板成形術后的生物力學特性的影響。方法新鮮人尸體頸椎標本4具,按照完整標本(a組)→重建頸后方韌帶復合體手術(b組)→切除頸后方韌帶復合體單開門手術(c組)的順序處理與測量標本。生物力學實驗項目包括三點折彎實驗、軸向拉伸實驗和前方加壓實驗。分析比較3組間的差異性。結果三點折彎實驗,在變直時加載力a組與c組間差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05);b組與c組間差異也有顯著統(tǒng)計學意義(p<0.01)。拉伸實驗,在10n拉力時c組位移與a組、b組比較差異均有統(tǒng)計學意義(p<0.05);在變直時加載力a組與c組間比較差異有顯著統(tǒng)計學意義(p<0.01),b組與c線間比較差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05)。前方加壓實驗,在前方加壓10n時c組位移與a組、b組比較差異均有統(tǒng)計學意義(p<0.05)。其余項目兩兩間相互比較,差異均無統(tǒng)計學意義。結論在對抗導致頸椎變直和前屈的應力方面,保留頸后方韌帶復合體完整性的單開門標本明顯優(yōu)于破壞了其完整性的傳統(tǒng)單開門標本。

鄰近建筑物受基坑開挖影響有限元分析——基坑開挖對鄰近建筑物的影響是個重要的課題，本文結合一個工程算例，利用平面有限元分析了深基坑開挖對鄰近淺基礎建筑物的影響，考慮了土體、圍護結構與建筑物的相互作用，其中包括支撐剛度、建筑物自身剛度、建筑物與基...

基坑開挖對鄰近建筑物的影響是個重要的課題,本文結合一個工程算例,利用平面有限元分析了深基坑開挖對鄰近淺基礎建筑物的影響,考慮了土體、圍護結構與建筑物的相互作用,其中包括支撐剛度、建筑物自身剛度、建筑物與基坑距離等因素的影響,并把這些因素進行了綜合比較。

深基坑工程涉及的土質條件及地下水條件復雜多變,基坑尺寸及支護形式繁多,眾多不利因素綜合作用導致了深基坑工程在開挖過程中產生的變形值難以預測。利用有限元分析軟件對遼寧地區(qū)某深基坑工程實例進行數值模擬,圍繞工程實例放坡結合樁錨支護擋墻在地鐵隧道影響下的結構水平位移,支護擋墻外側不同距離處的土體深層水平位移以及地鐵隧道在開挖過程中的結構位移等變化規(guī)律展開研究工作。

目的:磷酸鈣骨水泥(cpc)強化穿透單側椎體皮質椎體釘固定的生物力學影響。方法:選用新鮮成人尸體標本16個,實驗組磷酸鈣骨水泥強化后椎體釘穿透單側椎體皮質固定;對照組為無骨水泥強化,螺釘穿透雙側椎體皮質固定。應用螺釘拔出實驗,記錄螺釘最大拔出力并觀察椎體破壞形態(tài)。結果:拉力值cpc組(1393.33±189.37)、對照組(957.42±71.34)差異有顯著性,p<0.01。對照組椎體中螺釘抽出占75%(6/8),螺釘入口處皮質破損占25%(2/8)。cpc強化椎體中螺釘入口處皮質破損占87.5%(7/8),螺釘抽出占12.5%(1/8)。結論:cpc強化椎體釘后固定效果更好,增加手術安全性。

為了研究多種地基處理交叉施工的影響,結合廣佛肇高速公路的工程實例,利用有限元方法分析了堆載預壓與樁基處理交叉施工的影響.分析結果表明:與樁基處理相比,交叉施工導致樁基的水平位移與豎向位移大大增加,且距離堆載坡腳越近的樁基,位移增加越明顯,這必然引起樁基的偏移以及樁基的不均勻沉降;同時,樁基受到的彎矩明顯增加,這對樁基的抗彎性能提出了更高的要求;此外,交叉施工還會導致樁土位移差大大增加,樁間土出現繞流,極大地降低樁基的承載力及穩(wěn)定性.

隨著城市地下空間的開發(fā)利用和高層建筑的大量建設,產生了大量深基坑工程。許多深基坑工程位于密集的建筑群中,緊鄰已有建筑物或構筑物的基礎,基坑的開挖與支護不僅關系到基坑本身的安全,也對相鄰建筑物產生影響。采用plaxis有限元計算程序,模擬武漢某基坑開挖過程中,對其鄰近既有建筑物基礎的影響進行了有限元分析,得出了分步開挖各個階段,基坑及既有承臺和樁基的位移變形規(guī)律。結果表明：有限元模擬能夠對基坑工程起到一定的指導作用;hss模型在描述土體剪切硬化、壓縮硬化、加卸載、小應變等方面的優(yōu)勢,較常用本構模型而言更適合于模擬基坑開挖問題;plaxis能有效模擬基坑開挖對鄰近已有建筑物或構筑物的影響,對于實際工程應通過數值計算,確保其影響程度在現行規(guī)范要求范圍內。

上海世博片區(qū)綠谷一期深大基坑工程緊鄰越江雙線盾構隧道,基坑環(huán)境保護要求高,基坑采用分區(qū)方案實施。以plaxis3d有限元軟件建立基坑與鄰近隧道的三維有限元模型,土體采用hs-small小應變本構模型,對基坑分區(qū)開挖的過程進行了動態(tài)模擬。計算結果與實測結果對比表明,采用hs-small小應變土體本構模型的三維有限元分析能較好地模擬基坑的變形以及基坑開挖對鄰近隧道的影響;分區(qū)施工方案通過減小單個基坑的規(guī)模,充分利用了基坑的時空效應,起到了很好的變形控制作用。

單臂懸伸鏜削是鏜削加工的主要方式之一,但其加工過程中常因切削力作用而產生鏜桿變形,影響加工精度和質量。針對懸伸鏜削加工建立鏜桿的力學模型,分析其撓度和轉角,并利用有限元軟件ansys對鏜桿進行靜力學分析。

結合上海某具體工程實例,采用基于土體硬化模型的三維有限元方法分析了深基坑開挖圍護結構的變形以及對鄰近建筑物的影響。計算結果與工程實測進行了比較,結果表明:采用的計算模型是合理的,該方法適用于敏感環(huán)境條件下深基坑變形分析。

經過實際實驗表示,鄰近基坑的建筑物與基坑邊互不垂直時,深基坑開挖對鄰近建筑物的變形和安全有著重要影響.本文通過建立基坑—建筑物三維有限元數值模型,分析了與基坑邊成不同角度條件下的淺基礎框架建筑受基坑開挖影響,重點研究了建筑物墻體傾斜值、水平位移、框架內力和主拉應變分布特點.

基坑開挖對鄰近橋梁結構的影響問題在如今施工中越來越頻繁出現。本文以實際項目為依據,通過有限元建模,研究基坑開挖對鄰近橋梁樁基的影響,并分析加固措施對控制橋梁樁基變形所起的作用。提出控制基坑開挖對鄰近橋梁影響的有效工程措施,為類似的工程建設提供借鑒。

基坑開挖對鄰近橋梁結構的影響問題在如今施工中越來越頻繁出現.本文以實際項目為依據,通過有限元建模,研究基坑開挖對鄰近橋梁樁基的影響,并分析加固措施對控制橋梁樁基變形所起的作用.提出控制基坑開挖對鄰近橋梁影響的有效工程措施,為類似的工程建設提供借鑒.

基坑開挖對鄰近橋梁結構的影響問題在如今施工中越來越頻繁出現。本文以實際項目為依據,通過有限元建模,研究基坑開挖對鄰近橋梁樁基的影響,并分析加固措施對控制橋梁樁基變形所起的作用。提出控制基坑開挖對鄰近橋梁影響的有效工程措施,為類似的工程建設提供借鑒。