下頜骨撞擊傷有限元?jiǎng)討B(tài)仿真、生物力學(xué)分析及損傷機(jī)制的研究.pdf

1、目的:人顱頜面部是身體的外露部位，戰(zhàn)時(shí)及和平時(shí)期極易受到損傷且難以防護(hù)，其中，撞擊性損傷約占各類(lèi)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(duì)下頜骨撞擊傷的研究長(zhǎng)久以來(lái)都是創(chuàng)傷領(lǐng)域的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的撞擊傷研究多采用動(dòng)物或尸體模型進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但此類(lèi)模型建模耗時(shí)費(fèi)力并存在倫理學(xué)限制，且無(wú)論何種動(dòng)物的顱頜面結(jié)構(gòu)均與人體存在差異，尸體經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡后，也會(huì)出現(xiàn)與正常人體不同的力學(xué)特性。
　　有限元法(Finite Eleme

2、nt Method FEM)是將整個(gè)模型復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題劃分成有限個(gè)相互連接的單元的力學(xué)特征進(jìn)行分析，建立的模型可重復(fù)運(yùn)用于不同條件的仿真模擬，并直觀呈現(xiàn)不同力學(xué)載荷條件下，各部位的結(jié)構(gòu)變化，應(yīng)力、應(yīng)變分布等情況，并應(yīng)實(shí)驗(yàn)要求輸出模型中各組織的力學(xué)參數(shù)。近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)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(xué)研究的分析工具。具有成本低、條件可控、可重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，不受倫理學(xué)限制等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于口腔生物力學(xué)領(lǐng)域。

3、
　　但采用FEM研究分析頜面部撞擊傷發(fā)生過(guò)程中，下頜骨損傷情況及生物力學(xué)的變化情況還少見(jiàn)報(bào)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(guò)有限元相關(guān)分析軟件進(jìn)行不同撞擊力致傷人下頜骨的動(dòng)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(xué)變化情況，初步探討撞擊傷的致傷機(jī)制。
　　方法:通過(guò)計(jì)算機(jī)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(jìn)行不同質(zhì)量撞擊物通過(guò)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(shí)的骨損傷形態(tài)及Von Mises應(yīng)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(gè)面網(wǎng)格單元，400257個(gè)節(jié)點(diǎn)。
　　2.成功建立了基于不同單元類(lèi)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(fù)合體以殼單元形式重建，并依據(jù)顳頜關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)將兩部分組合。下頜骨模型包括27552個(gè)體網(wǎng)格單元，顱上頜復(fù)合體由643031個(gè)面網(wǎng)格單元組成。
　　3.成功進(jìn)行了不同撞擊力致傷人下頜骨的模擬過(guò)程，結(jié)果表明此次建立的模型可滿(mǎn)足撞擊傷模擬的實(shí)驗(yàn)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(yīng)力由撞擊部位向周?chē)琴|(zhì)傳導(dǎo)，下頜頦正中及雙側(cè)髁突頸部為應(yīng)力集中區(qū)