下颌骨截骨整形手术三维有限元模型的建立(2)
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参见附件。
骨组织弹性模量由以下经验公式计算:
由已知水的CT值和表观密度,皮质骨平均CT值和表观密度,取已知皮质骨最大弹性模量,公式(2)简化为:
则得,k =4249 GPa(g/cm3)-3,由于不同部位下颌骨皮质骨和松质骨的CT值有一定变化,所以测量下颌骨五个部位,求得皮质骨最大CT值平均为1600HU,松质骨最大CT值平均为600HU,导入公式(1)和(3)计算出该模型皮质骨和松质骨的弹性模量分别为14963.78 MPa和1179.75MPa。
将Ansys前处理模块中生成的实体模型导回,在Mimics的FEA模块中根据下颌骨各单元CT值分别赋材料性质。
1.5 模型的边界约束设计:对咀嚼肌、下颌韧带采用杆单元模拟其约束,杆单元材料定义为只受拉不受压的非线性材料,单元横截面积与各自模拟的肌肉和韧带截面积相同。根据Spronsen等[5-6]的研究结果获得咀嚼肌的有关参数(见表1)。参考周学军等[7]的实验结果,获得关节韧带的参数(表2),并采用“面-面接触对” 模拟牙合面和关节窝之间的连接。
2结果
建立了一个包括下颌骨、颞下颌关节、肌肉和韧带的下颌骨三维有限元总体模型,可根据实验不同需要调用,见图3。
3讨论
与传统实验性应力分析相比,有限元技术具有更多的优点。但有限元方法分析结果受诸多因素的影响。例如:模型的相似性,单元划分的粗细程度,载荷情况及边界条件与真实情况的差异等,均影响分析结果的精确性[8]。提高有限元分析结果的可靠性,模型精确程度及边界条件设置等都是十分重要的。由于牙颌组织中的牙齿、牙周膜、牙槽骨、颌骨以及修复体的结构外形多样性、不规则性、受力的复杂性,如何准确获取上述结构的几何形态并将其计算机数字化,建立完整准确的下颌骨三维有限元模型是有限元分析能否实现的关键。
生物体三维有限元建模方法经历了数代演进,主要包括:①磨片、切片法[9-10];②三维测量法[11-12];③CT图像处理法;④DICOM数据直接建模法等[13]。磨片、切片法是破坏性建模方法并且磨切片厚度难以控制,图像的拍摄处理,边缘提取等环节都可能产生误差,因此该方法目前很少采用 ......
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