頜面部骨骼模型的三維重建及碰撞的有限元分析.pdf

1、頜面部是人體的暴露部位，無(wú)論是在和平年代還是戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，頜面部骨骼都非常容易受到損傷，其中碰撞損傷是最常發(fā)生的。所以，對(duì)于頜面部骨骼碰撞損傷的研究具有非常重要的醫(yī)學(xué)價(jià)值。傳統(tǒng)的的試驗(yàn)包括尸體試驗(yàn)、動(dòng)物試驗(yàn)、實(shí)物模型試驗(yàn)等等。這些試驗(yàn)需要很長(zhǎng)的試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間、高額的試驗(yàn)費(fèi)用，而且最大的問(wèn)題是難控制試驗(yàn)的重復(fù)性。隨著有限元分析的不斷發(fā)展，一種全新的試驗(yàn)方法被引入口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
　　 使用三維有限元模型模進(jìn)行試驗(yàn)與傳統(tǒng)試驗(yàn)方法比較，有成本

2、低、風(fēng)險(xiǎn)小、可重復(fù)、易控制、結(jié)果直觀(guān)易比較等優(yōu)點(diǎn)。本文試圖通過(guò)一種全新的模型建立方法，重建一個(gè)單側(cè)顳頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直患者的，滿(mǎn)足碰撞非線(xiàn)性有限元分析試驗(yàn)的頜面部骨骼三維有限元模型。這種逆向的方法建立頜面部骨骼三維有限元模型在以往的文獻(xiàn)中未見(jiàn)記載。
　　 選擇選擇一名全身發(fā)育正常的青年男性（30歲）左側(cè)顳頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直患者作為建模對(duì)象?；颊咭蛴啄陼r(shí)患化膿性中耳炎致使左側(cè)顳頜關(guān)節(jié)內(nèi)強(qiáng)直10余年。對(duì)患者頜面部行CT掃描，將數(shù)據(jù)以DICOM格式保

3、存。將DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics中，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到頭顱3D模型，并以STL格式輸出。將STL文件導(dǎo)入Geomagic中，斷開(kāi)固連的上下頜牙，進(jìn)行補(bǔ)洞簡(jiǎn)化模型，光順三角面片，行成NURBUS曲面941個(gè)。將曲面以igs格式導(dǎo)入U(xiǎn)G和CATIA中進(jìn)行修改，得到頜面部骨骼CAD模型。將CAD模型導(dǎo)入Hypermesh中，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置邊界條件。將劃分好網(wǎng)格的模型導(dǎo)入Ansys-LS_DYNA設(shè)置初始條件。至此逆向方法建立的

4、頜面部骨骼有限元模型制作完成。
　　 在Ansys-LS_DYNA中模擬10m/s速度對(duì)模型頦部進(jìn)行碰撞。通過(guò)有限元分析得到應(yīng)力分布圖，檢測(cè)模型幾何相似性和應(yīng)力相似性。同時(shí)驗(yàn)證了一側(cè)顳頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直病人在模擬的碰撞過(guò)程中顳頜關(guān)節(jié)及髁突頸部受力集中與正常人一致。
　　 結(jié)論：（1）逆向方法建立的頜面部骨骼有限元模型可以進(jìn)行碰撞非線(xiàn)性有限元分析。模型幾何相似性和應(yīng)力相似性好。
　　 （2）顳頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直病人在模擬的碰撞過(guò)程