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《山东大学》 2011年
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利用三维有限元法对下颌角骨折坚强内固定的生物力学分析

张超  
【摘要】:目的: 下颌角骨折是常见的下颌骨骨折类型,其固定方式一直是颌面外科研究的热点,且目前仍存有争议。目前临床上最常用的固定方式有张力带固定和双列小型板固定。本实验通过在计算机上建立下颌角骨折的三维有限元模型,分别模拟两种坚强内固定方式,再对其进行力学分析,比较二者的稳定性与适用范围,为下颌角骨折固定方式的选择提供理论依据。 方法: 1.建立下颌骨及钛板-钉固定系统的三维模型:选择一名咬(?)关系正常的成年人为志愿者,对其头部进行多层螺旋CT扫描,基于CT扫描图像原始数据,利用逆向工程软件Mimics建立下颌骨及钛板-钉固定系统的三维表面模型。 2.建立下颌角骨折坚强内固定的三维有限元模型:利用有限元软件MSC.Patran和绘图软件AutoCAD建立下颌角骨折以及钛板-钉固定系统的三维有限元模型,再依照研究需要将钛板-钉固定系统固定在骨折线上。 3.有限元模型应力分析:利用MSC. Marc软件按照实际情况进行边界约束和咀嚼肌力量加载,并模拟四种咬合情况(前牙咬合,双侧后牙咬合和左右单侧后牙咬合),分析两种固定方式下,应力的分布情况及骨折断端的位移情况,进行对比分析。 结果: 1.建立了下颌骨和钛板-钉固定系统三维模型,形态逼真,可任意旋转观察,能进行长度、角度的多种测量。 2.建立了下颌角骨折坚强内固定的三维有限元模型。张力带固定系统有限元模型由18551个节点和79642个单元组成;双列小型板固定系统有限元模型由18669个节点和79847个单元组成。 3.应力分布状态:在健侧后牙咬合、前牙咬合、患侧后牙咬合和双侧后牙咬合的情况下,张力带固定时,应力集中分布于钛板中部,钛板上最大von Mises应力分别为83MPa、44MPa、133MPa和172MPa;双列小型板固定时,钛板上最大应力位于上缘钛板中部,最大von Mises应力分别为分别为136MPa、101MPa、140MPa和174MPa。 4.断端位移情况:在健侧后牙咬合、前牙咬合、患侧后牙咬合和双侧后牙咬合的情况下,施加正常咬合力时,张力带固定方式下骨折断端的最大相对位移是0.21mm,双列小型板固定方式下骨折断端的最大相对位移是0.09mm。 5.张力带固定的安全咬合力范围:在健侧后牙咬合和前牙咬合情况下,咬合力分别降到102.7N和40.3N以下时,可以达到骨折断端的稳定。结论: 1.使用Mimics软件建模速度快,操作方便简单,建立的三维模型具有较高的几何相似性。 2.使用绘图软件AutoCAD配合有限元软件MSC. Patran建立的三维有限元模型,精确可靠,可根据需要进行用于各种工况的有限元分析。 3.下颌角不利型骨折时,在生理性咬合状态下,张力带固定不能达到下颌骨愈合的稳定要求;双列小型板固定的稳定性要优于张力带固定,能保证下颌骨愈合。 4.张力带固定时,健侧后牙咬合和前牙咬合更利于骨折的愈合,患侧后牙不宜行使咬合功能。 5.选取适当的咬合方式,适当降低咬合力后,张力带固定也可以达到下颌骨骨折稳定固定的安全范围。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R782.4

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