下颌咬合及不同截骨术后颏部撞击的三维有限元分析

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目的:利用三维有限元方法分析下颌骨咬合状态时应力分布,以及下颌骨行不同整形术后在外力撞击下应力分布变化情况,探讨下颌骨生物力学行为特征、不同整形手术对下颌骨应力的改变影响和不同术后骨折发生的危险性,以期通过力学分析为下颌骨整形手术的术前设计、术中手术方法提供一定理论依据。  方法:选择正常年轻女性下颌骨,根据CT断层扫描数据,通过Mimics、Geomagic软件建立完整的下颌骨三维有限元模型,在Ansys软件中对其三维模型进行材料赋予和约束,模拟下颌骨在正常咀嚼肌作用下的咬合状态,分析下颌骨应力情况。同时在咬合分析的下颌骨三维模型基础上,通过软件分别模拟出下颌角弧形截骨术后、下颌角外板劈除术后、下颌角弧形截骨联合外板劈除术后的三维模型,在相同力量及相同部位的撞击条件下,对正常下颌骨、弧形截骨术后、外板劈除术后、弧形截骨联合外板劈除术后四者的模型进行生物力学研究,测试不同模型相同部位的应力值,并进行分析比较。  结果:1、根据CT断层扫描数据,通过Mimics、Geomagic、Ansys软件合成建立完整的下颌骨三维有限元模型,成功模拟下颌骨咬合状态。  2、通过计算机模拟,成功建立弧形截骨术后模型、外板劈除术后模型、弧形截骨联合外板劈除术后模型。  3、当下颌骨前磨牙参与咀嚼时,各部位应力值为:髁突颈内侧(34.64±2.67)MPa,髁突颈外侧(24.86±1.14)MPa,升支前缘(46.2±1.42)MPa,下颌升支后缘(22.36±0.80)MPa,下颌角(12.75±3.09)MPa,前磨牙(37.94±0.90)MPa。  4、在颏部相同撞击条件下,正常下颌骨模型应力主要集在颏部、颏神经沿线、升支前缘、下颌角下缘和髁突颈。  5、在颏部相同撞击条件下,弧形截骨术后模型与术前模型相比,颏部受力无明显改变,髁突颈应力稍有降低,但其余部位应力值均有增加,其中下颌角切除边缘、升支前缘应力值均高出2倍以上。  6、在颏部相同撞击条件下,外板劈除术后模型与术前模型相比,髁突颈及升支前缘应力值有所下降,但残留下颌角内板应力明显增加,其中下颌角残留内板后下缘和升支后缘应力较术前模型增加2倍以上。  7、在颏部相同撞击条件下,弧形截骨联合外板劈除术模型与术前模型相比,下颌角切缘、升支、喙突受力均有明显增加,其中升支前缘、升支后缘应力升高近6倍。  结论:1、当前磨牙参与咀嚼时,下颌骨在四块咀嚼肌的协同作用下,咬合状态时应力主要集中于髁突、喙突、升支、前磨牙区,最大应力位于升支前缘。  2、在相同颏部正面撞击下,下颌角弧形截骨术后升支、喙突骨折风险可能会比术前明显增加,而髁突颈骨折的风险可能会稍有降低。下颌角外板劈除术后残留下颌角内板骨折风险可能较术前明显增加,而髁突颈骨折的风险可能会稍有降低。下颌角弧形截骨联合外板劈除术后下颌角升支骨折风险较术前可能会明显增加,并且骨折风险可能要明显高于下颌角弧形截骨术后和下颌角外板劈除术后。
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