口腔醫(yī)學(xué)畢業(yè)設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：口腔醫(yī)學(xué)畢業(yè)設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：有限元 醫(yī)學(xué) 仿真實驗

Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation

Niu Xiaodong， Lu Lirong

Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China

Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.

Key words： FEA； medical； experimental of simulation

有限元分析是一種廣泛應(yīng)用于工程科學(xué)技術(shù)的數(shù)學(xué)物理方法，用于模擬并解決各種工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等物理場問題。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，F(xiàn)E）的概念。有限元的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實際結(jié)構(gòu)假想地離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果替代對實際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。

隨著計算機技術(shù)的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜工程分析計算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機大多數(shù)設(shè)計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫(yī)學(xué)研究等各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用已使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

1 醫(yī)學(xué)有限元國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

有限元方法最早應(yīng)用于骨科研究，開始于脊柱生物力學(xué)[1]。幾十年來其在解決生物力學(xué)問題上得到了廣泛應(yīng)用，尤其近年來，隨著數(shù)字及計算機技術(shù)的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學(xué)性質(zhì)，它越來越多地與各種動力學(xué)模型、參數(shù)優(yōu)化選擇、臨床放射學(xué)與實物測量、有機化學(xué)、組織學(xué)與免疫組化等方法巧妙結(jié)合，使結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，成為生物力學(xué)研究中的一種重要工具。有限元方法在醫(yī)學(xué)上的研究主要包括以下四個方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結(jié)果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優(yōu)劣與建模人員的專業(yè)素質(zhì)和有限元知識分不開?，F(xiàn)有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。

1.2 力學(xué)實驗仿真

A.Pandolfi，F(xiàn).Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學(xué)分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關(guān)節(jié)三維有限元模型分析了骨骼變形對關(guān)節(jié)面接觸行為的影響以及約束關(guān)節(jié)運動對接觸應(yīng)力的影響等[8]。

脊柱生物力學(xué)仿真是有限元法在生物力學(xué)中研究最早、分析最多、臨床上應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學(xué)機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。

頭顱及顳下關(guān)節(jié)也是有限元在生物力學(xué)中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據(jù)[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術(shù)術(shù)后的顏面軟組織形態(tài)變化進行預(yù)測[12]。

1.3 醫(yī)療器械的力學(xué)性能評價及優(yōu)化設(shè)計

牙科是有限元法在臨床應(yīng)用中的一大領(lǐng)域，相應(yīng)的各種牙科固定器材得以研制開發(fā)，這些器材的力學(xué)性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環(huán)在游離端義齒應(yīng)用中支持組織的應(yīng)力分布狀況，對RPA卡環(huán)的臨床應(yīng)用具有力學(xué)上的指導(dǎo)作用[9]。

在內(nèi)固定鋼板方面，張美超等從臨床應(yīng)用出發(fā)，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學(xué)模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預(yù)測[9]。

在人工關(guān)節(jié)方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關(guān)節(jié)中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節(jié)段（T12～L2）部位利用有限元進行手術(shù)模擬，均與標(biāo)本模型及術(shù)后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學(xué)CFD應(yīng)用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數(shù)值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術(shù)中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學(xué)，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學(xué)因素，從而減少手術(shù)再狹窄的發(fā)生[16]。楊金有應(yīng)用CFD計算流體力學(xué)軟件進行人體主動脈內(nèi)血流數(shù)值模擬分析，為闡明血管疾病的發(fā)病機理提供理論依據(jù)[17]。姚偉用計算流體力學(xué)軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質(zhì)非均勻分布情況下組織液流動[18]。

2 醫(yī)學(xué)有限元仿真實驗方法

通過上述醫(yī)學(xué)有限元研究可得醫(yī)學(xué)仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術(shù)，采集大量的樣本圖像。運用現(xiàn)有醫(yī)用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關(guān)的有限元分析。（2）通過查閱相關(guān)國內(nèi)外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數(shù)特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準(zhǔn)確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，F(xiàn)luent等）中選取較為合理準(zhǔn)確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結(jié)果與實際測量數(shù)據(jù)進行對比，分析有限元模型的準(zhǔn)確性。

3 有限元法在醫(yī)學(xué)研究中的優(yōu)勢

有限元法在醫(yī)學(xué)研究中具有四個方面的突出優(yōu)勢：（1）可根據(jù)需要產(chǎn)生各種各樣的標(biāo)本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等各種力學(xué)實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應(yīng)力/應(yīng)變分布、內(nèi)部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標(biāo)本也可以進行修正以模擬任何病理狀態(tài)。同一個標(biāo)本在虛擬計算中可進行無數(shù)次加載或組合而不會被損壞。（3）其結(jié)果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復(fù)計算，節(jié)約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復(fù)雜條件、力學(xué)性能測試全面及可重復(fù)性好等優(yōu)點。

4 醫(yī)學(xué)院校開展醫(yī)學(xué)有限元仿真實驗的意義

在醫(yī)學(xué)院校開展醫(yī)學(xué)有限元仿真實驗，可以使學(xué)生將相關(guān)醫(yī)學(xué)、物理、生物等課程的知識綜合應(yīng)用于仿真實驗中，給生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和熱情，使學(xué)生在自主科研創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，設(shè)計相關(guān)仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業(yè)知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關(guān)的醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等非本專業(yè)學(xué)科的專業(yè)知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術(shù)，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應(yīng)用技術(shù)。這些知識對于教師實驗教學(xué)、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫(yī)學(xué)仿真實驗的基礎(chǔ)上，建設(shè)醫(yī)學(xué)仿真實驗室，不僅可以為學(xué)生提供畢業(yè)實習(xí)條件，加強實習(xí)基地建設(shè)，而且與醫(yī)院相關(guān)科室進行合作，可以在生物力學(xué)基礎(chǔ)上預(yù)測手術(shù)中、長期效果，對醫(yī)生手術(shù)具有較為科學(xué)的指導(dǎo)，加強了學(xué)校與醫(yī)院的合作。

5 結(jié)束語

建立醫(yī)學(xué)有限元實驗有兩個關(guān)鍵的問題：（1）醫(yī)用有限元模型快速準(zhǔn)確的建立。模型的快速準(zhǔn)確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準(zhǔn)確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學(xué)和科研打下堅實的基礎(chǔ)。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。

將工程有限元分析同醫(yī)學(xué)結(jié)合開設(shè)實驗課，屬于多學(xué)科之間的交叉領(lǐng)域，不僅可以提高學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的綜合運用能力，增強學(xué)生就業(yè)與學(xué)習(xí)深造的競爭力，而且可以加強多學(xué)科教師的教學(xué)和科研合作，提高教師的教學(xué)科研水平。同時提高相關(guān)實驗室的利用率，為學(xué)生自主開展創(chuàng)新實驗提供平臺，加強學(xué)校和附屬醫(yī)院的教學(xué)科研合作，為醫(yī)學(xué)院校提供更為廣闊的教學(xué)和科學(xué)研究領(lǐng)域。

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