口腔醫學畢業設計精選(九篇)

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第1篇：口腔醫學畢業設計范文

關鍵詞：有限元 醫學 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用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構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果替代對實際結構的分析，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雜問題。

隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機大多數設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、生物醫學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發生了質的飛躍。

1 醫學有限元國內外研究現狀分析

有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫學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，且模型建立的優劣與建模人員的專業素質和有限元知識分不開。現有研究的模型包括：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 力學實驗仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節三維有限元模型分析了骨骼變形對關節面接觸行為的影響以及約束關節運動對接觸應力的影響等[8]。

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

頭顱及顳下關節也是有限元在生物力學中研究的重點。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[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，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態變化進行預測[12]。

1.3 醫療器械的力學性能評價及優化設計

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

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

在人工關節方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節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段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學CFD應用

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

2 醫學有限元仿真實驗方法

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

3 有限元法在醫學研究中的優勢

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

4 醫學院校開展醫學有限元仿真實驗的意義

在醫學院校開展醫學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫學工程專業學生的畢業設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發學生的創新思維和熱情，使學生在自主科研創新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫學、物理學、生物學等非本專業學科的專業知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫學仿真實驗的基礎上，建設醫學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業實習條件，加強實習基地建設，而且與醫院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫院的合作。

5 結束語

建立醫學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準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和科研打下堅實的基礎。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學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業知識的綜合運用能力，增強學生就業與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫院的教學科研合作，為醫學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。

參考文獻

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