下頜骨撞擊傷有限元動態(tài)仿真、生物力學分析及損傷機制的研究.pdf

1、目的:人顱頜面部是身體的外露部位，戰(zhàn)時及和平時期極易受到損傷且難以防護，其中，撞擊性損傷約占各類傷的85％。下頜骨處于顱頜面部前下端，更易受到外部撞擊。因此，對下頜骨撞擊傷的研究長久以來都是創(chuàng)傷領域的重點。傳統(tǒng)的撞擊傷研究多采用動物或尸體模型進行相關實驗，但此類模型建模耗時費力并存在倫理學限制，且無論何種動物的顱頜面結(jié)構(gòu)均與人體存在差異，尸體經(jīng)長時間浸泡后，也會出現(xiàn)與正常人體不同的力學特性。
　　有限元法(Finite Eleme

2、nt Method FEM)是將整個模型復雜的力學問題劃分成有限個相互連接的單元的力學特征進行分析，建立的模型可重復運用于不同條件的仿真模擬，并直觀呈現(xiàn)不同力學載荷條件下，各部位的結(jié)構(gòu)變化，應力、應變分布等情況，并應實驗要求輸出模型中各組織的力學參數(shù)。近些年來，隨著計算機軟件技術的飛速發(fā)展，有限元法已然成為一種有效的用于口腔生物力學研究的分析工具。具有成本低、條件可控、可重復多次實驗，不受倫理學限制等優(yōu)點。被廣泛應用于口腔生物力學領域。

3、
　　但采用FEM研究分析頜面部撞擊傷發(fā)生過程中，下頜骨損傷情況及生物力學的變化情況還少見報道。
　　因此本研究擬利用FEM重建仿真度較高的人顱頜面骨三維模型，通過有限元相關分析軟件進行不同撞擊力致傷人下頜骨的動態(tài)模擬，分析研究下頜骨受撞擊后的骨損傷形態(tài)及生物力學變化情況，初步探討撞擊傷的致傷機制。
　　方法:通過計算機X線斷層掃描(Computed tomography CT)獲取正常成年人顱頜面部各組織數(shù)據(jù)，利用M

4、imics、Hypermesh等軟件建立人顱頜面骨三維有限元模型，利用LS-DYNA軟件進行不同質(zhì)量撞擊物通過不同速度、不同角度撞擊人下頜骨的工況模擬，在Hyperview軟件中分析下頜骨各部位受撞擊時的骨損傷形態(tài)及Von Mises應力的變化情況。
　　結(jié)果:1.成功建立了人顱頜面骨面網(wǎng)格有限元模型，模型幾何外形逼真，網(wǎng)格質(zhì)量高，包括801604個面網(wǎng)格單元，400257個節(jié)點。
　　2.成功建立了基于不同單元類型的人顱頜

5、面骨三維有限元模型，其中下頜骨以體網(wǎng)格形式重建，顱上頜復合體以殼單元形式重建，并依據(jù)顳頜關節(jié)解剖結(jié)構(gòu)將兩部分組合。下頜骨模型包括27552個體網(wǎng)格單元，顱上頜復合體由643031個面網(wǎng)格單元組成。
　　3.成功進行了不同撞擊力致傷人下頜骨的模擬過程，結(jié)果表明此次建立的模型可滿足撞擊傷模擬的實驗要求。
　　4.成功重現(xiàn)了人下頜骨受不同撞擊力損傷后的骨質(zhì)損傷形態(tài)，應力由撞擊部位向周圍骨質(zhì)傳導，下頜頦正中及雙側(cè)髁突頸部為應力集中區(qū)