下颌骨撞击伤有限元动态仿真、生物力学分析及损伤机制的研究

发布时间：2017-08-18 14:29

  本文关键词：下颌骨撞击伤有限元动态仿真、生物力学分析及损伤机制的研究

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【摘要】：人颅颌面部是身体的外露部位,战时及和平时期极易受到损伤且难以防护,其中,撞击性损伤约占各类伤的85%。下颌骨处于颅颌面部前下端,更易受到外部撞击。因此,对下颌骨撞击伤的研究长久以来都是创伤领域的重点。传统的撞击伤研究多采用动物或尸体模型进行相关实验,但此类模型建模耗时费力并存在伦理学限制,且无论何种动物的颅颌面结构均与人体存在差异,尸体经长时间浸泡后,也会出现与正常人体不同的力学特性。有限元法(Finite Element Method FEM)是将整个模型复杂的力学问题划分成有限个相互连接的单元的力学特征进行分析,建立的模型可重复运用于不同条件的仿真模拟,并直观呈现不同力学载荷条件下,各部位的结构变化,应力、应变分布等情况,并应实验要求输出模型中各组织的力学参数。近些年来,随着计算机软件技术的飞速发展,有限元法已然成为一种有效的用于口腔生物力学研究的分析工具。具有成本低、条件可控、可重复多次实验,不受伦理学限制等优点。被广泛应用于口腔生物力学领域。但采用FEM研究分析颌面部撞击伤发生过程中,下颌骨损伤情况及生物力学的变化情况还少见报道。因此本研究拟利用FEM重建仿真度较高的人颅颌面骨三维模型,通过有限元相关分析软件进行不同撞击力致伤人下颌骨的动态模拟,分析研究下颌骨受撞击后的骨损伤形态及生物力学变化情况,初步探讨撞击伤的致伤机制。方法通过计算机X线断层扫描(Computed tomography CT)获取正常成年人颅颌面部各组织数据,利用Mimics、Hypermesh等软件建立人颅颌面骨三维有限元模型,利用LS-DYNA软件进行不同质量撞击物通过不同速度、不同角度撞击人下颌骨的工况模拟,在Hyperview软件中分析下颌骨各部位受撞击时的骨损伤形态及Von Mises应力的变化情况。结果1.成功建立了人颅颌面骨面网格有限元模型,模型几何外形逼真,网格质量高,包括801604个面网格单元,400257个节点。2.成功建立了基于不同单元类型的人颅颌面骨三维有限元模型,其中下颌骨以体网格形式重建,颅上颌复合体以壳单元形式重建,并依据颞颌关节解剖结构将两部分组合。下颌骨模型包括27552个体网格单元,颅上颌复合体由643031个面网格单元组成。3.成功进行了不同撞击力致伤人下颌骨的模拟过程,结果表明此次建立的模型可满足撞击伤模拟的实验要求。4.成功重现了人下颌骨受不同撞击力损伤后的骨质损伤形态,应力由撞击部位向周围骨质传导,下颌颏正中及双侧髁突颈部为应力集中区。结论利用有限元法可重建有效的三维模型并动态模拟不同撞击力致伤人下颌骨的过程,撞击发生时,撞击力由撞击部位开始呈放射状向四周扩散并逐渐减弱,骨损伤严重程度与撞击物的质量、速度成正相关,撞击角度及撞击部位也是影响撞击损伤的因素。
【关键词】：撞击伤 下颌骨 有限元 仿真模拟 生物力学
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R782.4;R318.01
【目录】：

• 中英文缩写对照一览表4-5
• 英文摘要5-7
• 中文摘要7-9
• 前言9-11
• 第一部分 人颅颌面骨面网格有限元模型的建立11-20
• 1.1 资料与方法11-16
• 1.2 结果16-18
• 1.3 讨论18-20
• 第二部分 基于不同单元类型构建人颅颌面骨有限元模型20-26
• 2.1 资料与方法20-22
• 2.2 结果22-24
• 2.3 讨论24-26
• 第三部分 人下颌骨面网格模型撞击伤有限元动态仿真及模拟结果分析26-41
• 3.1 资料与方法26-32
• 3.2 结果32-39
• 3.3 讨论39-41
• 第四部分 人下颌骨体网格模型撞击伤致伤过程模拟、骨损伤形态分析及生物力学研究41-56
• 4.1 资料与方法41-44
• 4.2 结果44-54
• 4.3 讨论54-56
• 全文总结56-57
• 参考文献57-62
• 文献综述 有限元法在颌骨创伤研究中的应用62-69
• 参考文献66-69
• 课题相关科研成果及论文发表情况69-70
• 致谢70

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本文编号：695093