含骨縫唇腭裂顱上頜有限元模型的建立及生物力學(xué)研究.pdf

1、目的：(1)探索一種有效的建立包含骨縫的唇腭裂顱上頜復(fù)合體三維有限元模型的方法，為唇腭裂顱上頜復(fù)合體相關(guān)的生物力學(xué)研究提供一個(gè)可靠的建模依據(jù);(2)通過比較包含骨縫和不含骨縫的唇腭裂顱上頜復(fù)合體模型在相同矯形力作用下的位移變化，探討骨縫在生物力學(xué)上對矯形力作用效果的影響;(3)探討上頜橫向擴(kuò)弓對唇腭裂上頜前牽引生物力學(xué)效果的影響。
　　 方法：(1)選擇1例替牙期左側(cè)唇腭裂患者進(jìn)行顱面部螺旋CT薄層掃描，利用所得CT原始數(shù)據(jù)、三

2、維重建軟件Mimics、逆向工程軟件Geomagicstudio、三維CAD軟件Solidworks和自編有限元軟件建立一個(gè)無骨縫和一個(gè)有骨縫的顱上頜復(fù)合體有限元模型;
　　 (2)模擬臨床條件，在兩模型上施加橫向擴(kuò)弓荷載，使腭中縫擴(kuò)開6mm，并在兩模型雙側(cè)第一前磨牙近中頰頸部施加向前下與咬合平面成20°、500g/側(cè)的上頜前牽引力，分析在上頜前牽引聯(lián)合橫向擴(kuò)弓作用下，有骨縫和無骨縫顱上頜模型各標(biāo)志點(diǎn)的位移變化規(guī)律，從生物力學(xué)角

3、度探討骨縫在顱上頜復(fù)合體矯形力改建中的意義;
　　 (3)按照方法(1)，建立兩個(gè)有骨縫唇腭裂顱上頜有限元模型作為研究對象。在其中一模型上施加上頜前牽引力和橫向擴(kuò)弓荷載，為“擴(kuò)弓模型”;在另一模型上只施加上頜前牽引力而不橫向擴(kuò)弓，為“未擴(kuò)弓模型”。上頜前牽引力的大小、方向、作用點(diǎn)及橫向擴(kuò)弓的位移量同方法(2)。觀察顱上頜復(fù)合體中線上各標(biāo)志點(diǎn)和健、患側(cè)標(biāo)志區(qū)的位移變化及上頜周圍骨縫的應(yīng)力分布情況。探討上頜前牽引對唇腭裂顱上頜復(fù)合體

4、的生物力學(xué)效果和橫向擴(kuò)弓對其的影響。
　　 結(jié)果：(1)建立了包含骨縫的唇腭裂顱上頜復(fù)合體三維有限元模型，模型由206753個(gè)單元和260662個(gè)節(jié)點(diǎn)組成;
　　 (2)在上頜前牽引和橫向擴(kuò)弓作用下，有骨縫顱上頜模型明顯比無骨縫顱上頜模型的位移量大;
　　 (3)擴(kuò)弓和未擴(kuò)弓顱上頜模型均發(fā)生了明顯向前、向下的位移;顱上頜復(fù)合體在水平、矢狀、垂直三個(gè)方向上的位移均有從下至上遞減趨勢;且患側(cè)位移比健側(cè)位移大;

5、　　 (4)擴(kuò)弓顱上頜模型中線處標(biāo)志點(diǎn)和健患側(cè)各標(biāo)志區(qū)在水平、矢狀、垂直三個(gè)方向上的位移均明顯比未擴(kuò)弓模型大;
　　 (5)未擴(kuò)弓顱上頜模型裂隙兩側(cè)組織有向裂隙內(nèi)縮的趨勢，且腭平面發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);而擴(kuò)弓模型裂隙兩側(cè)組織有向外側(cè)擴(kuò)展的趨勢，且腭平面發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn);
　　 (6)未擴(kuò)弓和擴(kuò)弓顱上頜模型，各骨縫區(qū)均同時(shí)存在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力;患側(cè)骨縫和健側(cè)骨縫的應(yīng)力分布趨勢基本一致，但患側(cè)骨縫應(yīng)力較健側(cè)骨縫應(yīng)力大;
　　

6、 (7)擴(kuò)弓顱上頜模型骨縫應(yīng)力遠(yuǎn)比未擴(kuò)弓模型大，且兩模型中最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力的最大值分布的骨縫不同。
　　 結(jié)論：(1)利用螺旋CT薄層掃描、Mimics、GeomagicStudio、Solidworks、E-featureBiomedicalModeler等技術(shù)相結(jié)合是建立含骨縫唇腭裂顱上頜有限元模型的一種有效方法;
　　 (2)本實(shí)驗(yàn)從生物力學(xué)角度證實(shí)了骨縫在顱上頜復(fù)合體生長改良中具有重要意義;