利用三維有限元法對下頜角骨折堅強(qiáng)內(nèi)固定的生物力學(xué)分析.pdf

1、目的:
　　 下頜角骨折是常見的下頜骨骨折類型,其固定方式一直是頜面外科研究的熱點,且目前仍存有爭議。目前臨床上最常用的固定方式有張力帶固定和雙列小型板固定。本實驗通過在計算機(jī)上建立下頜角骨折的三維有限元模型,分別模擬兩種堅強(qiáng)內(nèi)固定方式,再對其進(jìn)行力學(xué)分析,比較二者的穩(wěn)定性與適用范圍,為下頜角骨折固定方式的選擇提供理論依據(jù)。
　　 方法:
　　 1.建立下頜骨及鈦板-釘固定系統(tǒng)的三維模型:選擇一名咬(牙合)關(guān)系正

2、常的成年人為志愿者,對其頭部進(jìn)行多層螺旋CT掃描,基于CT掃描圖像原始數(shù)據(jù),利用逆向工程軟件Mimics建立下頜骨及鈦板-釘固定系統(tǒng)的三維表面模型。
　　 2.建立下頜角骨折堅強(qiáng)內(nèi)固定的三維有限元模型:利用有限元軟件MSC.Patran和繪圖軟件AutoCAD建立下頜角骨折以及鈦板-釘固定系統(tǒng)的三維有限元模型,再依照研究需要將鈦板-釘固定系統(tǒng)固定在骨折線上。
　　 3.有限元模型應(yīng)力分析:利用MSC.Marc軟件按照實際

3、情況進(jìn)行邊界約束和咀嚼肌力量加載,并模擬四種咬合情況(前牙咬合,雙側(cè)后牙咬合和左右單側(cè)后牙咬合),分析兩種固定方式下,應(yīng)力的分布情況及骨折斷端的位移情況,進(jìn)行對比分析。
　　 結(jié)果:
　　 1.建立了下頜骨和鈦板-釘固定系統(tǒng)三維模型,形態(tài)逼真,可任意旋轉(zhuǎn)觀察,能進(jìn)行長度、角度的多種測量。
　　 2.建立了下頜角骨折堅強(qiáng)內(nèi)固定的三維有限元模型。張力帶固定系統(tǒng)有限元模型由18551個節(jié)點和79642個單元組成;雙列小

4、型板固定系統(tǒng)有限元模型由18669個節(jié)點和79847個單元組成。
　　 3.應(yīng)力分布狀態(tài):在健側(cè)后牙咬合、前牙咬合、患側(cè)后牙咬合和雙側(cè)后牙咬合的情況下,張力帶固定時,應(yīng)力集中分布于鈦板中部,鈦板上最大von Mises應(yīng)力分別為83MPa、44MPa、133MPa和172MPa;雙列小型板固定時,鈦板上最大應(yīng)力位于上緣鈦板中部,最大yon Mises應(yīng)力分別為分別為136MPa、101MPa、140MPa和174MPa。

5、　　 4.斷端位移情況:在健側(cè)后牙咬合、前牙咬合、患側(cè)后牙咬合和雙側(cè)后牙咬合的情況下,施加正常咬合力時,張力帶固定方式下骨折斷端的最大相對位移是0.21mm,雙列小型板固定方式下骨折斷端的最大相對位移是0.09ram。
　　 5.張力帶固定的安全咬合力范圍:在健側(cè)后牙咬合和前牙咬合情況下,咬合力分別降到102.7N和40.3N以下時,可以達(dá)到骨折斷端的穩(wěn)定。
　　 結(jié)論:
　　 1.使用Mimics軟件建模速度

6、快,操作方便簡單,建立的三維模型具有較高的幾何相似性。
　　 2.使用繪圖軟件AutoCAD配合有限元軟件MSC.Patran建立的三維有限元模型,精確可靠,可根據(jù)需要進(jìn)行用于各種工況的有限元分析。
　　 3.下頜角不利型骨折時,在生理性咬合狀態(tài)下,張力帶固定不能達(dá)到下頜骨愈合的穩(wěn)定要求;雙列小型板固定的穩(wěn)定性要優(yōu)于張力帶固定,能保證下頜骨愈合。
　　 4.張力帶固定時,健側(cè)后牙咬合和前牙咬合更利于骨折的愈合,患