包含颞下颌关节的颅骨三维有限元模型建立

发布时间：2017-05-29 07:04

  本文关键词：包含颞下颌关节的颅骨三维有限元模型建立，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有限元法是一种与现代计算机技术紧密相关的应力分析方法,是应用弹性理论来求解研究对象的应力分布。应用材料力学和弹性理论求得应力分布的理论解答,常涉及基本物理学法则的运用和一些基本公式。作为生物力学研究中一种重要的研究方法,有限元法是将连续的弹性体分割成有限个网格单元,用其结合体代替原弹性体并对感兴趣的单元节点加以研究。一般来说任何连续介质在三维方向均有无限的自由度,然而借助节点和单元的概念,有限元法让我们在研究连续介质时可以将其简化为有限个单元的集合,根据需要规定这些单元的自由度,从而降低研究的复杂程度。利用面架对上颌骨进行前方牵引时,其产生的反作用力由颏部和额部共同承担。其中颏部承担大部分向后上的反作用力并通过力的传递作用于下颌骨体及颞下颌关节区。额部则主要承担水平向的反作用力。前方牵引矫治力的反作用力会在下颌骨及颞下颌关节区会产生怎样的作用,是否会引起颞下颌关节区较大的应力集中?为了对这一问题进行研究,本试验中我们利用DICOM数据建模法建立起包括下颌骨在内,相对完整的颅骨三维有限元模型,并通过模拟加载对应力的分布和位移的变化进行初步研究和探讨。 目的：建立包括颞下颌关节在内的颅骨三维有限元模型。通过在颏部加载,探讨前牵引矫治力的反作用力在下颌骨、髁状突和关节窝内的应力分布。 方法：选择1名健康青年男性志愿者作为研究对象,对其头部进行CT扫描,自颅骨上方起由上至下垂直于面部纵轴进行扫描(扫描层厚1.0mm,层间距0.5mm,窗宽2000,窗位400,)。首先将以DICOM3.0医学数字图像通讯标准存储的一系列二维CT图像文件导入Mimics10.01软件中进行图像预处理,分别建立颅上颌复合体和下颌骨的三维模型,并以Binary STL格式输出。使用Magics12.0软件对所获得的三维几何模型进行优化,由于人体颅骨左右对称性,试验中选取所建颅上颌复合体和下颌骨模型前1/2进行优化。利用软件中remesh命令和boolen命令完成对颅上颌复合体和下颌骨三维模型面网格划分。采用有限元软件MSC.Marc2005,从Mentat的CAD接口读入几何模型,经过几何清理和修复,最终完成有限元体网格生成。将模型材料假设为连续、均质、各向同性的线弹性材料,其受力后变形为小变形。直接在颏部加载与(?)平面呈31°向后上大小为3N的载荷,生成加载后下颌骨应力分布图和位移图。 结果：1.成功建立起包括下颌骨颞下颌关节在内的颅骨三维有限元模型。所建立颅骨三维有限元模型共包含110770个节点和28740个单元,其中颅上颌骨由76892个节点和20387个单元构成,下颌骨由33878个节点8353个单元构成。该模型结构相对比较完整,网格质量良好,与生物实体真实结构具有良好的几何相似性。 2.在下颌骨颏部模拟加载与(?)平面呈31°角向后上,大小为3N的载荷,发现下颌骨的应力集中区域位于髁状突顶及颈部。其中等效应力值在髁状突顶接触部位约为0.4MPa,髁状突颈部约为O.1Mpa。 3.下颌骨的位移图显示位移大小从颏部至髁状突逐级递减,其方向与施力方向一致。颏部的位移值最大,约为0.015mm；髁状突处位移值最小,约为0.006mm。 结论：成功建立了包括颞下颌关节在内的颅骨三维有限元模型,所建模型具有很高的精确性,可以用该模型研究前方牵引反作用力在下颌骨的应力分布和位移状况,为日后进行更加深入的研究奠定了基础。
【关键词】：颞下颌关节 三维有限元模型 颅骨 应力 位移
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R782.6
【目录】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 符号说明11-12
• 前言12-16
• 材料与方法16-19
• 结果19-20
• 讨论20-32
• 结论32-33
• 附图33-40
• 参考文献40-45
• 致谢45-46
• 攻读学位期间发表的学术论文目录46-47
• 附表47

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 苍松;白玉兴;高晓辉;吴晶;王邦康;;微钛种植体即刻加力口内抑制上颌骨生长的动物模型建立[J];北京口腔医学;2008年04期

2 卢熹;杨瑛;;下颌骨-牙种植体有限元建模与瞬态分析[J];东南大学学报(自然科学版);2010年04期

3 顾卫平,殷新民;颞下颌关节生物力学的理论分析方法[J];国外医学.口腔医学分册;2004年06期

4 胡敏;相亚宁;李洪;郭克峰;王芳;;4种不同类型颌间牵引对颞下颌关节应力分布影响的三维有限元研究[J];华西口腔医学杂志;2010年02期

5 周学军,赵志河,赵美英,樊瑜波;下颌骨三维有限元模型的边界约束设计[J];华西口腔医学杂志;1999年01期

6 樊文有,卢军,曹斌,王人鹏,潘可风;含牙种植体下颌骨三维有限元模型的建立[J];口腔颌面外科杂志;2005年01期

7 盛潇;朱敏;;颞下颌关节三维有限元建模方法进展[J];口腔颌面外科杂志;2011年01期

8 顾卫平,殷新民,吴凤鸣,谢兰生,黄明智,徐作文;利用中国数字化可视人体图像建立牙齿及牙列的三维实体和有限元模型[J];口腔医学;2005年01期

9 张红;殷新民;吴凤鸣;吴煜农;顾卫平;谢兰生;;牙尖交错位紧咬时颞下颌关节接触特征及应力分布的三维有限元研究[J];口腔医学;2007年12期

10 谢琳;陈磊;靳淑梅;张丽娜;张君;;微螺钉种植体支抗在牙性鉭平面倾斜矫治中的临床应用[J];临床口腔医学杂志;2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 唐震;人上、下颌骨火器伤动态模拟及有限元生物力学分析的初步研究[D];第三军医大学;2011年

2 刘文广;套接式翻修假体设计、初步应用及三维有限元优化[D];山东大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 任旭升;上颌埋伏尖牙在牵引力作用下的位移趋势及牙周应力分析[D];山东大学;2009年

2 徐建光;正畸牵引力作用下上颌埋伏尖牙移动过程的动态模拟及牙周应力分析[D];山东大学;2010年

3 胡妍;中国力学虚拟人颅颌复合体系统平台建立及其在口腔临床医学中的应用[D];上海交通大学;2009年

  本文关键词：包含颞下颌关节的颅骨三维有限元模型建立，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：404365