新型颧弓骨折内固定器的模拟设计及生物力学研究

来源 :安徽医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suzengbiao
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目的本实验主要借助螺旋模CT技术和有限元方法(Finite Element Method, FEM)建立颧弓三维实体模型,在此模型基础上模拟骨断面并设计一种镍钛形状记忆合金(Ni-Ti shape memory alloy, Ni-Ti SMA)材质的新型颧弓骨折内固定器,建立颧弓骨折内固定三维有限元模型,并对模型稳定性进行仿真测试,为今后该种新型颧弓骨折内固定器的设计提供建模基础和实验依据。方法选择一名健康成人志愿者,采用螺旋CT对其眶上缘到下颌骨下缘范围进行连续薄层扫描,生成的图像数据以DICOM格式导入医学面图像处理软件Mimics10.01中,经阈值设定、蒙罩编辑、区域增长及形态学操作等生成颧弓初始3D模型;利用逆向工程软件Geomagic9.0对3D模型数据进行精细化处理,完成曲面重构;在UG NX5.0软件中,实现三维重建模型实体化并建立皮质骨、松质骨等结构;在此模型基础上设计新型内固定器、模拟生成骨断层建立骨折模型,再将设计的固定器放置于既定部位,经网格划分、材料属性添加建立颧弓骨折内固定三维有限元模型;最后定义接触、对模型自由度进行约束、模拟加载实验,对有限元模型外侧模拟集中力加载实验,力的大小分10N、30N、60N、90N、120N、150N六个级别,记录该模型在不同工况下的位移及应力分布情况。结果成功模拟设计出一种新型颧弓骨折内固定器,固定器由支撑杆和固位爪组成,采用上下包绕的方式固定于颧弓内侧;建立了颧弓骨折内固定三维有限元模型,模型总单元数52977个,节点数87116个;对模型最外侧模拟集中力加载,应力及位移均成明显的线性分布,但模型应力集中部位及位移最大部位并未随应力大小改变,模型应力主要分布在支撑板和抓勾连接部分区域,模型中间断骨最下缘的位移最大,当载荷<50N时,模型最大位移不超过1㎜,而力的作用点位移为1㎜所对应的载荷则高达近100N。结论模拟的颧弓骨折内固定器固定效果满意,为今后该固定器的设计提供了建模基础。
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