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腓骨鈦板固定下頜骨的有限元分析

發布于:2023-12-28 20:48
有限元分析

      下頜骨是頭顱骨的主要組成部分,發揮吞咽、咀嚼等功能。下頜骨缺損在口腔科比較常見,主要有創傷、腫瘤等原因引起,嚴重影響面部的結構和功能異常。下頜骨的修復重建是口腔外科面臨的一大難題,不僅需要回復下頜骨結構的連續性和完整性,還需要恢復下頜骨的吞咽、咀嚼等功能。隨著技術的發展,血管化游離腓骨瓣具有血供恒定、血管粗易吻合、血運豐富、愈合快以及移植骨為活骨等優點,成為下頜骨修復重建的常用骨瓣。下頜骨缺損最常發生在下頜骨體部,對下頜骨重建后穩定性的研究有多種方法,包括臨床研究、人工假體模型研究以及計算機仿真實驗研究等。對腓骨重建修復下頜骨缺損的固定方法,有研究發現小鈦板固定優于重建板固定,小鈦板固定后的穩定性優于鎳鈦合金釘,鋼絲固定的穩定性最差。由于在臨床研究中進行腓骨重建修復下頜骨缺損的力學研究是不現實的,而有限元分析法能夠在一定程度上取代人體生物力學研究,因此建立腓骨重建修復下頜骨的三維有限元模型,并對其進行生物力學研究為下頜骨缺損修復重建的生物力學研究提供了新的思路和方法。
      本實驗通過建立腓骨重建小鈦板固定下頜骨體部缺損的三維有限元模型,通過加載咬合力分析腓骨重建小鈦板固定下頜骨體部缺損的生物力學特征,為臨床腓骨重建小鈦板固定下頜骨缺損提供力學依據。
      設計。三維有限元分析。
      時間及地點。實驗于2013年6月至2014年12月在河北醫科大學第二醫院實驗室完成。
      對象。健康40歲女性志愿者1人,無外傷及手術史,無遺傳病及慢性病史,X射線及CT掃描排除下頜骨和腓骨病變。實驗獲得志愿者知情同意。
      材料、鈦板和鈦釘由Wlorenz公司提供。鈦釘長1cm,直徑0.2cm;鈦板長2.45cm,寬0.45cm,高0.1cm。
      獲取影像數據、對志愿者進行CT(美國GE醫療公司)掃描,獲得腓骨和下頜骨的CT掃描圖像,以DICOM格式保存。建立腓骨和下頜骨三維模型將腓骨的CT數據導入Mimics軟件(比利時Materialise公司),建立三維模型,通過分割調整至圖像清晰,然后將腓骨從下肢模型中提出,將模型中的皮質骨和松質骨單獨建模,然后將文件導出至逆向重建軟件中,對模型進行精細化處理,使模型表明圓順光滑,生成腓骨的三維圖形。同樣方法建立下頜骨的三維模型。
      建立鈦釘鈦板的三維模型測量鈦釘和鈦板數據,利用三維軟件進行建模,將鈦釘模型簡化為圓柱型模型(圖1)。
      建立下頜骨體部缺損腓骨重建三維模型將上述建立的腓骨和下頜骨模型導入ANSYS Workbench軟件(美國ANSYS公司),切除下頜骨體部左側下頜尖牙遠中至升支前緣部分,腓骨中段切除與切除下頜骨等長的腓骨,將切除的腓骨段裝配到下頜骨缺損模型中,使各骨段之間接觸緊密,對暴露部分進行處理,使其圓潤光滑。
      建立內固定模型將已建立的鈦釘鈦板三維模型導入ANSYSWorkbench軟件,裝配到下頜骨體部缺損腓骨重建的三維模型中:在腓骨和下頜骨交界處放置鈦板,用鈦釘將其固定到皮質骨上。將每塊鈦板上從前到后鈦釘分別標為1,2,3,4。網絡劃分:在Workbench軟件中對上述重建模型進行網絡劃分建立三維有限元模型。接觸設置:腓骨和下頜骨、鈦釘和鈦板、骨質和牙齒及鈦釘直徑完全綁定,鈦板和下頜骨及腓骨之間無摩擦,無法向分離。材料屬性:鈦的彈性模量為10550MPa,泊松比為0.30;牙齒的彈性模量為19550MPa,泊松比為0.25;松質骨的彈性模量為79350MPa,泊松比為0.25;皮質骨的彈性模量為13850MPa,泊松比為0.25。邊界條件:完全固定右髁突,上下前后方向固定左髁突。分組:分為正常組和重建組,正常下頜骨為正常組,下頜骨重建模型為重建組。載荷:前牙、健側第一磨牙、健側第二磨牙的咬合力載荷為100N。觀察下頜骨模型重建前后的最大應力值和最大位移值情況,前牙加載和后牙加載下重建模型鈦板鈦釘、鈦釘孔周圍骨質的應力情況,前牙加載和后牙加載下腓骨前后端的最大位移值情況。


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