Application of the Finite Element Method in Implant Dentistry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Geng, Jianping; Yan, Weiqi; Xu, Wei

出品人:

页数:145

译者:

出版时间:2010-11-19

价格:USD 319.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642092961

丛书系列:

图书标签:

• 有限元分析
• 种植牙
• 生物力学
• 口腔医学
• 工程应用
• 计算机模拟
• 牙科材料
• 修复体
• 应力分析
• 数字牙科

口腔种植学中的有限元方法应用 （Application of the Finite Element Method in Implant Dentistry） 内容提要 本书专注于探讨并系统阐述有限元方法（FEM）在现代口腔种植学中的具体应用、理论基础及其带来的前沿研究方向。全书旨在为牙科医生、生物医学工程师以及相关领域的研究人员提供一个深入理解和有效运用FEM来解决复杂临床问题的工具箱。 本书的结构设计旨在循序渐进地引导读者从基础理论迈向高级应用。首先，我们详细回顾了固体力学、材料科学在生物力学背景下的基础知识，特别是针对种植体-骨组织界面接触应力分析的必要前提。随后，重点转向有限元方法的建立过程，包括几何模型的获取、材料参数的赋值、边界条件的设定、网格划分的策略，以及求解器的选择与验证。 口腔种植学的核心挑战之一在于预测种植体在不同负荷条件下的长期稳定性和生物相容性。本书深入分析了如何利用FEM模拟种植体周围的应力分布、变形模式以及骨组织再生和重塑过程。我们探讨了各种复杂情境下的模型构建，例如： 1. 不同种植体设计参数的影响分析： 包括螺纹深度、表面粗糙度、锥度、直径和长度对初始稳定性和应力遮挡效应的量化评估。 2. 不同骨质密度的响应模拟： 针对I类到IV类骨质，建立各向异性或非线性材料模型，精确预测不同负荷方向下的应力集中区域。 3. 咬合力学模拟： 结合三维口颌面扫描数据，构建精细的颌骨模型，模拟复杂的动态咬合力，预测界面剪切力和压应力的分布情况，指导手术导板的设计。 4. 即刻负荷与早期负荷的预测： 建立不同修复体与种植体连接方式（如内六角、外六角、锥形连接）的有限元模型，分析连接界面的微动（Micromotion）对骨结合起始阶段的影响。 此外，本书专门辟出章节讨论先进的生物力学耦合分析，即流固耦合（FSI） 和 固-多孔介质耦合（S-Porous Media Coupling）。通过这些高级模型，我们可以探究种植体周围组织液的流动对营养物质交换和骨塑形的影响，这对于理解骨组织重塑（Remodeling）过程至关重要。 本书的特色在于其强大的实践指导性。我们详细介绍了如何利用商业化的有限元软件（如ABAQUS, ANSYS, COMSOL）实现上述模型的构建与求解，并提供了大量的案例研究，展示了FEM结果如何直接转化为临床决策，例如优化植入角度、选择合适的扭矩、以及评估软组织对负荷的缓冲作用。 通过阅读本书，读者将能够掌握利用先进的计算模拟技术，从根本上提升口腔种植修复的预测准确性和治疗成功率，实现基于生物力学证据的个体化种植治疗方案设计。 --- 第一章：口腔生物力学基础与有限元方法的引入 1.1 种植体-骨组织界面的生物力学特性 1.1.1 骨组织的宏观与微观结构特性 1.1.2 软组织与硬组织在负荷传递中的作用 1.1.3 界面接触力学：摩擦、粘附与微动理论 1.2 传统分析方法（解析法、试验法）的局限性 1.3 有限元方法的原理与优势 1.3.1 离散化过程与基本控制方程 1.3.2 在牙科研究中的应用历史回顾 第二章：有限元模型的构建要素 2.1 几何模型的获取与预处理 2.1.1 从CT/CBCT数据到CAD模型重建 2.1.2 模型简化策略：去除不必要结构对结果的影响 2.2 材料模型的选择与参数化 2.2.1 线性弹性模型、超弹性模型与各向异性模型的应用 2.2.2 种植体材料（钛合金、氧化锆）的本构关系 2.2.3 骨组织材料参数的测量与经验值参考 2.3 网格划分技术与收敛性分析 2.3.1 单元类型（四面体、六面体）的选择与适用场景 2.3.2 网格敏感性研究与网格无关解的确定 2.4 边界条件与载荷施加的精确性 2.4.1 固定边界条件与位移约束的设定 2.4.2 动态与静态咬合力的分布模式模拟 第三章：种植体稳定性与应力分布的量化分析 3.1 初始稳定性分析：扭矩与骨结合的早期力学关系 3.1.1 种植体旋入过程的模拟（基于接触算法） 3.1.2 峰值扭矩（Removal Torque）的有限元预测 3.2 静态负荷下的应力分析 3.2.1 种植体主体和螺纹的应力集中点识别 3.2.2 骨组织中的最大主应力与最小主应力分析（预测骨吸收或微裂纹） 3.3 界面处的应力遮挡效应（Stress Shielding）研究 3.3.1 不同种植体直径和表面处理对骨应力分布的影响 3.3.2 评估种植体设计对皮质骨与松质骨的应力传递效率 第四章：复杂修复体与生物力学交互作用的模拟 4.1 种植基台与修复体连接界面的模拟 4.1.1 螺丝连接的接触与预紧力分析 4.1.2 界面微动（Micromotion）对骨结合的阈值分析 4.2 全口或局部牙列重建中的多种植体系统分析 4.2.1 桥架结构在跨度种植中的载荷分散机制 4.2.2 倾斜植入体对邻近骨组织的二次应力影响 4.3 软组织对负荷的缓冲作用建模 4.3.1 牙周膜与粘膜的弹性力学特性引入 4.3.2 评估不同修复体边缘位置对软组织受力的影响 第五章：高级生物力学耦合与骨重塑预测 5.1 骨传导与骨吸收的生物力学驱动理论 5.1.1 Wolff定律的计算生物力学实现 5.1.2 骨骼有效应变（Effective Strain）阈值与细胞活动 5.2 流固耦合在种植体周围环境中的应用 5.2.1 组织液压力梯度对骨小梁重塑的驱动作用 5.2.2 植入体孔隙结构（多孔介质）中流体渗透性的影响 5.3 损伤力学与疲劳寿命评估 5.3.1 疲劳裂纹萌生与扩展路径的预测模型 5.3.2 长期负荷下种植体与基台的失效风险评估 第六章：从模拟到临床实践的转化 6.1 术前规划中的有限元指导 6.1.1 计算机辅助手术（CAS）系统与FEM数据的融合 6.1.2 个体化植入体植入角度和深度的优化流程 6.2 案例研究与结果验证 6.2.1 FEM预测的植入失败/成功案例分析 6.2.2 FEA结果与临床术后影像学（CBCT骨密度变化）的对比验证 6.3 未来展望：人工智能与机器学习在种植力学模拟中的整合 --- 作者寄语 本书的撰写旨在填补口腔医学与高级计算工程学之间知识传递的鸿沟。我们坚信，在精准医疗的时代背景下，只有深入理解生物力学负荷的复杂性，才能真正实现种植修复的长期可靠性。本书所涵盖的理论和技术是推动口腔种植学进入更精细化、更具预测性的阶段的关键力量。

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我特别欣赏作者在处理材料模型和生物力学界面时的那种细腻处理。在进行种植体-骨组织相互作用的模拟时，材料的本构关系是决定一切的关键。这本书没有采用一概而论的均质各向同性假设，而是深入探讨了皮质骨和松质骨在不同应力状态下的非线性行为，甚至提到了蠕变和应力松弛的现象。这远超出了许多同类书籍仅仅停留在线弹性假设的层面。作者引用了大量骨骼微观结构的研究成果，并将其转化为可供有限元软件使用的材料参数集。更有趣的是，书中讨论了植入体表面粗糙度对界面载荷传递的影响，这部分内容简直是教科书级别的深入分析。它不仅仅告诉你“要考虑生物力学”，而是告诉你“如何量化和建模这些复杂的生物学过程”。阅读这些章节时，我仿佛置身于一个跨学科的研讨会，感受到作者在力学、材料学和组织病理学之间搭建桥梁的匠心独运。这种深度使得任何想要进行高精度生物力学建模的研究者，都能从中汲取到宝贵的思想资源，远远超越了简单的软件操作指导范畴。

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这本书的结构安排，给人一种“层层递进，由宏观到微观”的阅读体验，这一点在探讨不同类型载荷和分析目标时体现得淋漓尽致。它不仅仅局限于静态咬合力的分析，而是将视野扩展到了动态冲击载荷、长期疲劳效应，甚至包括了正畸力对种植体微动的影响。例如，在讨论种植体周围骨重塑的模拟时，作者似乎引入了一种结合流体力学和固体的耦合分析思路，虽然没有直接给出完整的流体动力学方程，但其对骨重塑驱动因素的描述，无疑为读者指明了更高级分析的可能性。书中对临床参数的转化也做得极为出色，例如，如何根据咬合力计的数据，合理地设定有限元模型中的外部载荷分布，避免了传统上“随意施加一个力”的粗糙做法。读完关于载荷分析的部分，我感觉自己对“力”在口腔种植系统中的意义有了更立体、更全面的认识，它不再是一个孤立的数值，而是与时间、运动和生物响应紧密交织的复杂变量。

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我必须承认，这本书的数学深度对部分临床医生可能构成一定的门槛，但它在案例研究和结果解读部分的详尽阐述，极大地弥补了这一不足，体现了作者作为连接理论与实践者的角色。书中展示了大量详细的应力云图、变形分析和机构反馈报告，这些都不是为了炫技，而是为了教育读者如何批判性地解读有限元软件输出的结果。作者反复强调“模型是现实的简化”，并详细讨论了简化带来的误差来源和模型适用性边界。例如，对于不同种植体类型（如螺纹深度、颈部设计）在不同骨质密度下的响应差异，书中通过对比分析得出了许多直观但基于严格计算的结论。这部分内容对于指导临床医生进行器械选择和手术规划具有极强的指导意义，它将抽象的数值结果，转化为了可指导实际操作的工程学建议。我尤其喜欢它对“失败模式”的预测分析，这种前瞻性的风险评估能力，正是有限元方法在工程领域的核心价值所在。

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这本书的封面设计得相当专业，配色沉稳大气，一看就是那种需要认真对待的学术专著。我本来是抱着学习如何将有限元分析应用到种植牙设计中的目的来的，但翻开目录，立刻感受到了作者对基础理论的重视程度。第一章对有限元方法的基本原理进行了详尽的梳理，从网格划分、单元选择到边界条件和载荷施加，几乎涵盖了所有核心概念。这部分内容写得非常扎实，逻辑链条清晰，即便是对有限元法不太熟悉的口腔医学背景的读者，也能通过细致的图示和公式推导，逐步建立起完整的认知框架。作者并没有急于展示那些炫酷的仿真结果，而是选择了打地基的策略，确保读者对“为什么这么算”有深刻的理解。尤其是在描述变分原理和刚度矩阵组装时，那种严谨的数学推导，让人感觉这不是一本应用指南，更像是一本高级数值分析教材在特定领域的投影。我花了很长时间在这几章上，感觉自己对数值模拟的内在机制有了前所未有的清晰认识，这对于后续理解模型的局限性和结果的可靠性至关重要。它成功地将一个抽象的工程计算方法，用一种非常可控的方式引入到生物医学工程领域的前沿。

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总而言之，这本书给我的最大印象是其跨学科的视野和严谨的学术态度。它并非市面上那种快速入门、专注于软件操作技巧的指南，而是一部旨在培养读者“工程思维”的专业著作。阅读它更像是一场深入的学术训练，要求读者不仅要知道“怎么做”，更要知道“为什么这样做是合理的”。书中对计算效率和模型收敛性的讨论，也暗示了作者对实际工程应用中的计算资源约束有清醒的认识。最后几章关于优化设计和未来发展方向的展望，更是激发了我进一步探索的兴趣。这本书是献给那些希望在种植工程领域建立坚实理论基础，并致力于开发更先进、更可靠模拟工具的研究人员和高阶临床专家的宝贵资源，它远超出了我对一本“应用指南”的初始预期，更像是一部奠基性的参考手册。

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