含骨縫唇腭裂顱上頜有限元模型的建立及生物力學研究.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合體三維有限元模型的方法，為唇腭裂顱上頜復合體相關的生物力學研究提供一個可靠的建模依據(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上對矯形力作用效果的影響;(3)探討上頜橫向擴弓對唇腭裂上頜前牽引生物力學效果的影響。
　　 方法：(1)選擇1例替牙期左側唇腭裂患者進行顱面部螺旋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無骨縫和一個有骨縫的顱上頜復合體有限元模型;
　　 (2)模擬臨床條件，在兩模型上施加橫向擴弓荷載，使腭中縫擴開6mm，并在兩模型雙側第一前磨牙近中頰頸部施加向前下與咬合平面成20°、500g/側的上頜前牽引力，分析在上頜前牽引聯(lián)合橫向擴弓作用下，有骨縫和無骨縫顱上頜模型各標志點的位移變化規(guī)律，從生物力學角

3、度探討骨縫在顱上頜復合體矯形力改建中的意義;
　　 (3)按照方法(1)，建立兩個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弓荷載，為“擴弓模型”;在另一模型上只施加上頜前牽引力而不橫向擴弓，為“未擴弓模型”。上頜前牽引力的大小、方向、作用點及橫向擴弓的位移量同方法(2)。觀察顱上頜復合體中線上各標志點和健、患側標志區(qū)的位移變化及上頜周圍骨縫的應力分布情況。探討上頜前牽引對唇腭裂顱上頜復合體

4、的生物力學效果和橫向擴弓對其的影響。
　　 結果：(1)建立了包含骨縫的唇腭裂顱上頜復合體三維有限元模型，模型由206753個單元和260662個節(jié)點組成;
　　 (2)在上頜前牽引和橫向擴弓作用下，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)擴弓和未擴弓顱上頜模型均發(fā)生了明顯向前、向下的位移;顱上頜復合體在水平、矢狀、垂直三個方向上的位移均有從下至上遞減趨勢;且患側位移比健側位移大;

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

6、 (7)擴弓顱上頜模型骨縫應力遠比未擴弓模型大，且兩模型中最大拉應力和最大壓應力的最大值分布的骨縫不同。
　　 結論：(1)利用螺旋CT薄層掃描、Mimics、GeomagicStudio、Solidworks、E-featureBiomedicalModeler等技術相結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)本實驗從生物力學角度證實了骨縫在顱上頜復合體生長改良中具有重要意義;