颅面撞击损伤的生物力学研究

一、颅面骨撞击伤的生物力学研究（论文文献综述）

黄君杰^[1]（2020）在《人下颌骨撞击伤造成颞下颌关节间接损伤的三维有限元仿真模拟研究》文中进行了进一步梳理人颞下颌关节区易遭受损伤。尤其在现代社会,虽然和平年代来自战争的威胁越来越少,但由于社会的不断进步,我们人类在日常生活中难免接触到一些无法避免的灾害。其中交通事故尤为常见,由撞击造成的外伤都是发生在瞬间且很少能够提前预知,因此发生撞击的时候,人们无法取得自我保护的措施。颞下颌关节位于特殊位置,且其在受到外力作用下容易受到损伤。例如,摔倒或者受到撞击都会对颞下颌关节造成较大的损伤,因此在生活中,当人类遭遇交通事故等灾害时,其颞下颌关节受到撞击损伤的几率较大,且其所处部位容易引发其他多部位受到联合损伤。因此,在临床中,医生如何充分了解颞下颌关节在受到外力撞击时的损伤机制、损伤特点以及预防和救治要点已显得至关重要。有限元法（The Finite Element Method,FEM）经历这么多年的持续发展,已经在生物力学领域展现了其愈来愈重要的位置。有限元是基于计算机系统,利用数值计算分析一些工程力学问题。在生物力学领域,其优势主要是可以通过将研究对象一步步地细化,最终实现精确模拟人体结构的各个复杂部位。因此该方法能够将人体各部位简化成一个数量有限、具备简单形状的几何单元。这样对人体复杂结构的研究就可以简化成对各个简化单元的研究。在过去的几十年间,有限元方法已在口腔医学、骨科、康复科等领域得到迅速发展,尤其随着计算机技术的愈发成熟,各类有限元分析软件的开发及优化已经让仿真计算结果越来越接近实际情况。本课题组在利用有限元仿真模拟研究生物力学方面已经积攒大量的实践经验,尤其是各类型颌面部损伤,我们同时利用动物实验等方法对仿真结果也进行了验证,并得到积极的反馈。在研究颞下颌关节受到外力撞击引发的损伤等问题时,有限元法具有可操控性、可重复性等优势。而且仿真实验通过对不同撞击工况进行模拟从而得到其损伤机制,这样可以保证实验的安全性。因此,本论文工作在课题组前期工作基础上拟通过建立人颅颌面部三维有限元模型,并模拟颏部、下颌骨体、下颌角撞击情况下,分析下颌骨、髁突、关节盘以及咬肌等关键部位的受力分布,从而了解其损伤情况。本论文的研究结果为外科医生了解颞下颌关节在遭受不同撞击时,其骨骼肌肉系统可能受到的损伤提供理论依据。方法:1.首先联系具有代表性的中国汉族成年男性作为志愿者,通过计算机扫描（Computed tomography,CT）及（Magnetic resonance,MRI）获取志愿者的头部CT及MRI图像数据。然后通过MIMICS软件分离出属于下颌骨的骨组织以及肌肉组织像素,获得下颌骨三维标准模版库（Standard Template Library,STL）几何模型,进一步通过Geomagic Studio软件进行曲线曲面的非均匀有理B样条（Non-uniform rational B-spline for curved surfaces,NURBS）曲面拟合,最终得到TMJ系统的三维几何实体。最后利用Hypermesh软件对TMJ系统进行网格划分,完成三维模型的构建。2.通过LS-Pre Post进行有限元后处理,获得下颌骨、关节盘、颞下颌关节窝、咬肌等组织的Von Mises应力云图和下颌骨骨折动态图。结果:1.通过采集的人颌面部CT、MRI数据,完成TMJ各结构三维数字图像重建以及面网格模型处理。2.成功建立了人下颌骨撞击伤三维有限元模型,包含了材料参数、TMJ系统各结构之间的相互作用、边界条件等参数设置。3.在本研究模型中,下颌骨正中处受撞击后,率先骨折的部位为右侧髁突颈部,随后左侧髁突颈部和碰撞点陆续骨折;下颌骨体受撞击后,率先骨折的部位为碰撞对侧髁突颈部,随后碰撞侧髁突颈部和碰撞点陆续骨折;下颌角受撞击后,率先骨折的部位为碰撞侧髁突颈部,随后碰撞对侧髁突颈部和碰撞点陆续骨折。下颌骨受撞击后易致伤骨折部位主要是两侧髁突颈部以及受撞击处,但存在下颌骨多处骨折时,不同撞击部位所引起的骨折发生点先后次序并不相同。4.下颌骨受撞击能量不同,引发骨折情况存在差异。撞击下颌骨正中处时,产生一处或三处骨折的临界速度在2.788.33m/s之间。撞击下颌骨体或下颌角时,产生一处骨折的临界速度在2.788.33m/s之间;产生两处或三处骨折的临界速度在8.339.72m/s之间。5.下颌骨的应力云图显示尽管高应力区较易出现在髁突颈部,但由于关节盘、关节囊等特殊结构的存在,两侧髁突的外表面一直处于一个较低的应力水平,同时对来自髁突颈部的高应力起到了很好的缓冲,从而使得关节盘两侧骨组织上的应力分布出现了“断层”,传递到关节窝及颅底部的应力明显低于下颌骨髁突颈部的应力,从而避免了对颅脑的损伤。应力强度超过关节盘等软组织最大形变性能时,关节盘缓冲作用削弱,关节窝应力水平较高,此时发生关节盘挫伤、穿孔以及颅底损伤的可能性会增加。6.咬肌受力产生形变,并将载荷传递到下颌骨上。在相对较低速撞击下,本实验各组中并未产生撕裂现象,只是存在较大变形,受到的损伤主要为挫伤。结论:1.成功建立TMJ系统撞击伤生物力学有限元模型,完成下颌骨在不同部位不同速度撞击下的力学响应分析,关于下颌骨的骨折规律基本符合基础实验和临床现象。2.在应力由髁突向颞下颌关节窝传递的过程中,出现了“阶梯式”下降,这对颅骨和颅脑具有一定的保护作用。在下颌骨受冲击时,关节盘在TMJ系统中扮演着良好的缓冲角色。诊治过程需重视关节盘挫伤、穿孔以及颅底损伤的检查。3.本研究在模拟TMJ和骨组织生物力学响应的同时,对肌肉组织的力学响应也作了初步探索,可用于更细节更准确的损伤预测,并且指导临床防护。在下颌角受到撞击时,咬肌能起到较好的缓冲作用,使骨组织受到的应力有所下降,从而能在一定程度上减缓受到伤害的程度。在某一特定的撞击速度范围内,咬肌等软组织的损伤程度与撞击速度呈正相关。

周旭华^[2]（2019）在《颌面部爆炸伤造成颅底继发损伤三维有限元仿真模拟实验研究》文中指出无论是现代战争,还是在人类的日常生产中,炸药、天然气、煤气等易燃易爆物的使用日趋广泛,导致爆炸伤发生的概率也明显增大。因爆炸的致伤范围较大,常导致人体多器官、多部位的多发性联合损伤。颌面部处于人体较暴露位置,受到爆炸冲击波损伤机率比较大。据统计虽然头颈面部面积不足全身面积的10%,但此部位爆炸伤的发生率高于40%。从解剖结构上分析,颌面部与颅底位置关系紧密,当颌面部遭受爆炸冲击波的冲击时,颅底部组织常会受到继发性损伤。如何充分了解伴颅脑损伤的颌面部爆炸伤（Maxillofacial Blast Injury,MBI）的损伤机制、临床表现和治疗原则,已成为颌面外科医生急需解决的难题。有限元法（The Finite Element Method,FEM）是一种现代工程分析中基于计算机运算的数值计算方法,是生物力学研究中的重要方法之一。这种方法是对结构的另一种表现形式,它是将一种复杂结构的几何形状通过数学方法作一系列的细分,将复杂结构简化为数量有限的、具有简单几何图形、具有相同性质的单元,然后用数学方法描述所有的有限单元,并通过数学方程计算得到相应的结果。有限元法的成功应用依赖于计算机的处理能力的提升。最近几十年,随着计算机科技的迅猛发展及各种有限元软件的开发使用,有限元法已经应用于现代工程分析的各个邻域,用于工程上复杂结构力学问题的求解计算。本课题组前期已经通过有限元法仿真模拟多种类别颌面部损伤,并利用动物实验、3D打印、大临床样本分析等方法对所建立模型的高仿真性进行了验证。有限元法研究颌面部爆炸伤的可操控性、可重复性、对实验标准的控制、安全性都比动物实验要有保证,且相关研究相对较少。本实验通过有限元法的建模功能,建立人颌面部爆炸伤三维有限元模型,并使用有限元软件分析致伤过程中颅底部各个标志点的应力分布及传导情况。为研究相同爆炸条件下,颌面部不同部位爆炸伤造成颅底继发损伤的损伤机制提供理论依据。方法:1.招募一名符合条件的志愿者,通过计算机断层扫描（Computed tomography,CT）获取志愿者的颌面部各组织断层医学数字图像和通讯格式DICOM数据。通过Mimics、Geomagic Studio、Hyper Mesh对数据进行处理,建立人颅颌面骨三维有限元模型。2.用LS-DYNA软件对模型进行求解运算,得到结果文件。用Hyper View、LS-Pre Post等有限元后期处理软件对得到的结果文件进行分析。结果:1.成功建立了颌面部骨三维有限元模型。模型具有与研究对象颌面部相同几何形态,具有颌面部骨组织相似的生物力学特征,仿真性高。此模型总共包含:节点510560个,单元857848个。2.成功模拟颌面部爆炸伤仿真模型,对应力、应变进行可视化后处理,检查分析结果准确性,检测各项输出指标满足预期的生物力学要求。3.成功模拟出颌面部三个部位受到相同条件冲击波作用时,颌面骨骨折的动态过程、颅底部应力分布及传导情况。结论:1.当颌面部不同部位受到爆炸冲击波时,应力集中区出现的部位不仅与颅底结构有关,也与应力传导途径有关。2.利用FEM可以有效地模拟颌面部爆炸伤的致伤过程,为研究颌面部爆炸伤造成颅底继发损伤的损伤机制提供了重要研究方法。3.本研究所建立的爆炸伤模型仅考虑爆炸冲击波的致伤作用,并未考虑其他致伤因素,所以对爆炸伤的模拟还有很大欠缺,需要在日后的研究中继续完善和改进。

吴坡^[3]（2016）在《颌面撞击伤对颅底损伤的生物力学动态仿真研究》文中认为颌面部处于人体暴露部位,易遭受外界撞击,解剖结构上颌面部紧邻颅脑,遭受撞击时极易伴发颅脑损伤。近年来,随着我国经济建设和社会的快速发展及汽车的普及,交通事故导致的伴发颅脑损伤的颌面部损伤高发。如何提高伴发颅脑损伤的颌面撞击伤（Maxillofacial impact injury,MII）的救治成功率成为颌面外科医生需要解决的难题。因此,了解颌面部撞击伤对颅脑损伤的规律及特点是解决难题的关键。有限元法（Finite Element Method,FEM）因其可重复性好,可替代很多动物实验,因此广泛应用于工程和生物力学领域。我们前期也采用有限元方法成功模拟了猪下颌骨枪弹伤和爆炸伤的动态仿真过程,并在动物实验上得以验证。充分证明有限元法在生物力学方面进行仿真模拟的可行性。本研究主要通过建立颅颌面部骨组织三维有限元模型,利用Hypermesh、LSDYNA等有限元分析仿真软件,对颌面撞击伤进行动态仿真,模拟面部遭受撞击后颅底应力传导和分布,采集仿真结果数据进行分析,探寻面部不同部位撞击伤对颅底损伤的规律。尝试3D打印颅骨进行颌面部生物力学实验验证,从而探索用3D打印模型进行有限元生物力学分析验证的可靠性。方法:颌面部撞击伤仿真模拟:将采集的志愿者颅颌面计算机断层扫描（computed tomography,CT）扫描获取的医学数字图像和通讯（digital imaging and communications in medicine,DICOM）数据导入Mimics15.0软件三维重建,在Hypermesh软件中进行体网格划分,完成颅颌面三维有限元模型的建立,最后在LS-DYNA软件中设置撞击工况和各项参数,并计算撞击的致伤过程。获取相应数据进行分析。实验验证有限元方法的探索:利用3D打印的面中部颅骨,枕部固定,选取额部正中和双侧眶下缘为受力点,对颅骨施加恒定大小的外力,利用应力应变感应片测得颅底标志点应变大小。选取人面中部骨组织三维有限元模型在ANSYS WORKBENCH中进行面部受力稳态模拟,载荷大小与实验大小一致。采集颅底各标志点应变大小。将模拟数据与实验数据进行对比。结果:1、成功建立了与志愿者颅颌面骨外形高度一致的三维有限元模型,该模型网格数量为72962。2、对颌面部右侧上颌骨、左侧眶下缘、左侧颧骨体三个部位进行撞击伤的动态仿真,撞击物为底面直径3cm,质量5kg的刚性圆柱体,撞击速度8.6m/s。撞击右侧上颌骨时右侧上颌骨、颧骨出现明显骨折和骨折块的移位,眶下缘和颧骨体遭受撞击时为局部粉碎性骨折。3、通过有限元分析和计算,获取三个撞击部位遭受撞击时颅颌面应力云图,颅底各标记点应力-时间变化曲线;同一时刻颅底各标记点应力大小对比,以及颅底各标记点在撞击过程中达到最大应力值所需时间的对比。4、利用3D打印颅骨进行面部加载荷试验,测量颅底各标记点应变值大小,与ANSYS WORKBENCH中施加相同载荷时稳态模拟获取的颅底各标记点应变值大小的对比。5、WORKBENCH稳态模拟与加载实验测得颅底标记点应变大小数值的对比分析,显示软件模拟数据与加载实验数据基本一致。结论:1、应用CT扫描数据和Mimics软件重建人颅颌面骨的三维模型,从几何外形和力学特性来说,其相似程度均较高,且技术比较成熟,应用前景广泛。2、HYPERMESH、LS-DYNA等有限元应用软件能仿真模拟颌面部遭受撞击后的动态过程,骨折线的分布情况和骨折块的移位情况与教材典型损伤情形基本一致。3、颌面部撞击伤的模拟能显示出颅底应力传导与分布情况,通过数据分析,能发现面部不同部位遭受撞击后颅底典型的应力集中区域,为颌面部撞击伤的防护提供理论依据。4、3D打印的颅颌骨模型载荷试验与有限元ANSYS稳态模拟结果基本一致。

刘煜^[4]（2016）在《人头面部三维有限元模型的建立及撞击伤模拟检验研究》文中研究表明有限元分析法（Finite Element Analysis FEA）是一种计算算法,用于研究一些复杂的物理模型的几何或载荷工况。它的基本原理是通过离散模型为很多个小单元,然后对单个单元的载荷情况进行分析,再将所有单元统一求解获得整体模型的载荷情况,非常适合于解决复杂的工程力学问题。由于人体结构的复杂性,有限元法（Finite Element Method FEM）作为一种新的研究工具在生物力学领域中得到了广泛的应用。文献指出,口腔颌面部长期暴露与身体外部,缺乏缓冲保护,创伤的发生率较高。对口腔颌面部创伤的研究,传统方法的动物模型、尸体或人工材料模型受限于成本、医学伦理,供应源不稳定或可重复性等原因限制,无法充分满足研究的需求。有限元分析法因其低成本、高重复性等优势很好的弥补了上述方法的不足。本课题组前期实验完成了颌面部部分重要骨骼的建模,进行了枪弹伤和爆炸伤的有限元分析,为颌面部创伤的致伤机理以及伤情评价提供了新的思路,但这些模型的局限无法反映软组织在创伤中的作用。因此,我们迫切需要一个能完整囊括头面部软硬组织的有限元模型,作为课题组构建的口腔颌面部创伤数字化模拟平台的研究工具。研究方法将健康成年男性志愿者头部CT（Computer Tomography）数据导入Mimics14.0软件中,按骨组织、皮下软组织和皮肤组织分类分别进行图像分割、三维重建和面网格划分。将面网格模型在Geomagic Studio软件中实体化,通过Hypermesh软件对实体模型进行体单元格的划分,最后在Solidwork软件中完成对三部分模型的装配。在LS-DYNA软件中通过设置撞击条件,对模型仿真性能进行检验。实验结果1.分别获得了颅面部骨、软组织及皮肤的三维重建影像和面网格模型,数量分别为:895074,1023146,332869。模型完整,网格数量多。2.完成了面网格的逆向实体生成,分别获得三部分结构的CAD实体模型及复合体。获得了完全由体单元格构成的完整人头面部有限元模型,网格数量为214250,节点数量为411920,骨、软组织及皮肤组织三部分结构网格数量依次为72926,121856,19648;节点数量依次为131266,243712,36942。3.完成了对模型的撞击伤模拟检验,成功得到软硬组织的应力云图,并观察到骨组织在撞击断裂后的动态变化,骨折块的移位情况与临床实际相仿。结论本实验成功建立了完全由体单元网格构成的人头面部三维有限元模型,并完成了模型的仿真性能进行了检验,确定了模型的动态模拟结果与实际伤情具有一定的类似性,保证了本模型在撞击伤仿真模拟中的可信度。同时获得了人头面部的CAD实体模型,将计算机仿真模拟与3D打印技术结合起来,利用3D打印技术制作仿真头颅,为颅颌面创伤模拟提供了新的工具。

路雨澍^[5]（2015）在《多排CT在颞骨撞击伤诊断中的应用价值》文中研究表明目的:探讨并分析使用多排CT在诊断颞骨撞击伤当中所存在的应用价值。方法:选择我院18具正常成人尸体的头颅进行研究,将头颅稳固在型号为BIM-Ⅱ的生物撞击仪器上的致伤架,并分别采取驱动压力为800、1200以及1400kPa实行撞击,并把撞击过后的尸头放到64排客积CT之下实行扫描,并在ADW4.2的图像站里使用客积改造技术对其开展三维改造。结果:对颞骨进行三维重建显示出来的图像可以客观、直观的表现骨折线的损伤范围与走形的方向。结论:对于颞骨的骨折线实行三维重建,能有利于对其显现与诊断,对于颞骨受到撞击伤害的诊断当中有着极为重要的意义与作用。

陶黎,肖智博,曾勇明,彭冈力^[6]（2014）在《机械应力分析法对100例颅面骨骨折的诊断分析》文中进行了进一步梳理目的探讨应力方向分析法对复合颅面骨骨折的诊断价值。方法对100例颅面骨病例行多层螺旋CT容积扫描和三维重建,通过沿撞击时方向颅面骨各部位机械应力改变角度分析其骨折特点。结果当着力点位于颅面骨,应力沿撞击点向周围传导,出现应力型骨折74%、关节脱位30%和副鼻窦损伤52%。在骨结构的横截面积陡然减小的区域出现应力集中,54%骨折。结论应力分析法能够全面分析和提高认识颅面骨骨折特点。

陈犹白^[7]（2013）在《建立预测颈动脉粥样硬化斑块破裂风险的个体化虚拟模型的探索和前期研究》文中研究指明目的:探索建立预测颈动脉粥样硬化斑块破裂风险的个体化虚拟模型的方法。方法:基于高分辨率MRI影像学数据建立真实的几何模型，个体化测量研究病例的材料属性与边界条件，建立血液、血管壁及斑块之间流固耦合作用下的颈动脉分叉处三维有限元模型，以期分析斑块的形态、成分与应力分布的关系。通过改变边界条件来模拟现实中可能导致斑块破裂的血流动力学变化，例如血压升高等，计算斑块应力变化，并尝试证实其与斑块破裂的关系，从生物力学方面实现对斑块破裂风险的个体化预测，为临床预防和治疗决策提供依据。因课题工作量较大，本文仅介绍其前期工作，主要包括：1.影像学数据的采集与处理；2.测量个体化的材料属性和边界条件；4.建立初步的几何模型并进行简单的数值模拟。5.子课题1.个体化影像学数据的采集与处理使用GE Signa Excite3.0T高分辨率磁共振扫描仪扫描57例颈动脉粥样硬化病人，观察分析其斑块影像，并从中选择一例作为研究对象，纳入标准为：（1）斑块纤维帽薄或不完整；（2）斑块有较大的脂质坏死核心；（3）斑块内出血；（4）斑块近管腔表面出现钙化。将此病例MRI数据以dicom格式保存。2.确定材料属性a)血液的密度和动态血液黏度方法：抽血获得该病例血液标本进行血液流变学检测，获得该病例的血液密度和动态血液黏度。b)血管壁弹性模量方法：超声回声跟踪技术（echo-tracking, ET）：使用ALOKA SSD-5500多普勒超声诊断仪，配置ET技术和内置数字化图像管理系统（e—DMS）实时在体测量颈动脉壁弹性模量。c)斑块弹性模量方法：实时定量剪切波弹性成像技术（shear wave elastography, SWE）:使用AixPlorer高频帧超声诊断仪及配套探头测量斑块（主要为纤维帽和脂质核）的弹性模量。3.定义边界条件a)血压方法一：利用DynaPulse（DP2000A）电子血压仪测量肱动脉收缩压和舒张压，并利用公式计算颈动脉血压。方法二：利用上述超声仪器测量颈动脉血压。因为所用设备相同，此项测量可以与弹性模量测量同时完成。b)血流速度方法：利用彩色多普勒超声测量颈总动脉入口，颈内动脉、颈外动脉出口处的血流速度波形，作为脉压的补充。因为所用设备相同，此项测量可以与弹性模量测量同时完成。4.统计方法：兴趣病人研究部位的弹性模量及血流速度由同一经验丰富的超声科医师测量3次，每次间隔5分钟；血压由同一经验丰富的护士测量3次，每次间隔10分钟。所有测得数据利用SPSS17.0软件分析处理。针对兴趣病例的测量值，以平均值表示；针对所有病例的测量值以平均值±标准差或最小值最大值描述。5.初步建立几何模型将上述dicom数据导入mimics软件，初步建立几何模型并进行必要的前处理。因为本研究结构复杂，尤其是网格划分部分工作量庞大，本文仅对其做简单的处理。6.初步数值模拟使用ansys大型有限元软件进行数值模拟，其中使用测得的个性化的材料属性和边界条件，本文仅对模型的流体域进行了初步的计算。7.子课题：建立小型猪颈动脉粥样硬化模型，依据上述步骤进行数值模拟，根据结果进行实车碰撞试验，尝试证明碰撞瞬间的冲击载荷与斑块破裂的相关性。结果:1.获得了57例高分辨率颈动脉MRI的扫描数据。2.共测量了13例病例颈动脉的压力应变弹性模量（pressure-strain elasticmodulus, Ep）值：176.42±32.61kPa。研究病例的颈动脉壁Ep均值为165kPa。3.共测量了17例病例的颈动脉粥样硬化斑块的弹性模量（Young’s elasticmodulus, E）值：最小值8kPa，最大值689kPa。脂质核的弹性模量为：77±46kPa，平滑肌和胶原纤维的弹性模量1.3±0.91mPa。研究病例的斑块E均值为114kPa，脂质核的E均值为53kPa，纤维帽E均值为537kPa。4.初步完成了简单的几何建模和数值模拟。5.通过初步的数值模拟可见颈动脉分叉处存在着湍流等紊乱血流。动脉狭窄处的血流流速、壁面剪切力和压力明显增加，可能成为导致斑块破裂的血流动力学因素。6.建立了小型猪颈动脉粥样硬化模型，并完成了碰撞试验。结论：1.高分辨MRI可以无创性的测量斑块形态，对斑块各成分的大小、形状判断较准确，是目前判断斑块成分的较好方法。2.实时无创地测量了颈动脉及斑块弹性模量，由于斑块的组成成分等因素影响所以弹性模量差别很大。3.目前的体内组织弹性模量的测量方法存在较大的局限性，影响因素较多，导致其数值与真实情况存在一定差距。虽然如此，测量个性化的材料属性和边界条件仍然是应该努力的方向。今后需要探索更加精确的技术和合理的算法以实现无创性实时测量体内组织的弹性。4.数值模拟方法可以明确的显示颈动脉分叉处的血液流速、流线、流场、壁面剪切力、应力等，是分析斑块破裂生物力学机制的有效方法。5.建立预测斑块破裂的虚拟模型是一项难度很大的工作，需要经过无数次的实验、修改、调整，并且需要临床医生、影像学医师、生物力学专家、计算机专家等不同学科研究人员的密切合作。6.实车碰撞方式，受力方式、位置、大小不易控制，不容易模拟计算机模拟中的载荷情况，应该使用其他更可控的方式进行验证。

段阳,邵建,陶黎,马红丽,周姝,杨本强^[8]（2012）在《颅面骨骨折的影像分析新方法——三维重建和机械应力分析综合法》文中研究表明目的:探讨根据应力方向分析复合颅面骨骨折的方法。方法:对48例颅面骨病例行多层螺旋CT容积扫描和三维重建,沿撞击力方向、角度分析和三维重建图像分析颅面骨各部位骨折特点。结果:当着力点位于颅面骨,应力沿撞击点向周围传导,出现应力型骨折比例77.3%（37/48）、关节脱位33%和副鼻窦损伤35.4%。在骨结构的横截面积陡然减小的区域出现应力集中,出现骨折50%。结论:三维重建和机械应力分析综合法能够全面分析和提高认识颅面骨骨折特点。

唐震^[9]（2011）在《人上、下颌骨火器伤动态模拟及有限元生物力学分析的初步研究》文中研究说明颌面部位置暴露,战时防护薄弱,和平时也是暴力、自伤的重点部位,在全身火器伤的发生中,颌面部火器伤所占比例较大。因此,颌面部火器伤的救治是颌面部乃至全身创伤救治中的重点问题。目前用于创伤弹道学研究的颌面部传统火器伤模型仍然以动物模型为主,辅以尸体及人工材料模型。然而,由于可重复性差以及目前陪受关注的医学伦理方面的原因,动物及尸体模型的应用受到很大限制。人工材料模型虽然具有与人体组织相近的生物力学性质。但其制作成本高,费时长。随着社会和科学技术的发展,这些模型已越来越显露出其局限性,因此,我们需要采用新的方法来建立更加理想的致伤模型。有限元法又称有限元分析法（Finite Element Analysis,FEA）或有限元素法（Finite Element Method,FEM）,是在工程科学技术领域广泛应用的数理方法。有限元法的基本原理是把整个结构看作由有限个细小单元组合而成的实体,整体的力学特性是由每个个体单元的力学特征叠加整合后反映出来,最常用于解决复杂的工程学问题,目前已广泛应用于生物力学研究中。有限元法能够分析物体内及物体间的复杂力学过程,预测力学作用产生的效应（如模型的应力、应变、形状、温度等的变化）,并且能够在电脑上直观显示或输出计算结果以供分析,具有可重复性好、节约实验成本、实验条件易控制等优点,可以弥补传统的火器伤模型在致伤过程研究中的不足。因此,有限元法的运用将有助于颌面部火器伤致伤机理的深入研究,并能为颌面部火器伤致伤部位伤情的快速判断、火器伤的迅速救治、战时的防护以及评估投射物致伤效应等等提供新的思路和方法。本研究以前期建立的猪下颌骨火器伤有限元模型为基础,采用经动物实验验证的有限元模型内置参数,建立了可视化数字人上、下颌骨火器伤三维有限元模型,用有限元方法动态模拟不同投射条件下投射物侵彻人上、下颌骨的过程,并对人上、下颌骨火器伤的生物力学机制进行了初步探讨。研究方法和结果:1.将中国可视化数字人（Chinese Visible Human, CVH）头面部计算机X射线断层扫描（Computed Tomography,CT）数据导入MIMICS软件中,经过三维图像获取、实体模型重建后得到人上、下颌骨面网格模型;将上、下颌骨面网格模型导入ANSA软件中,采用六面体单元与五面体及四面体单元结合的方式建立人上、下颌骨火器伤三维有限元模型。建立的人上颌骨三维有限元模型的单元数为372501,节点数为751410;下颌骨三维有限元模型的单元数为275216,节点数为1387101,所有单元均为实体单元。结果表明,该模型网格划分合理,单元质量好,与真实标本的几何外形相似程度高,细节损失小。2.在前期动物实验建模的基础上,选择适合的材料模型、生物力学参数、边界条件及接触算法,对所建立的人下颌骨火器伤三维有限元模型加载不同的入射条件（两种投射物、两个投射部位、三个入射角度及三种入射初速度）,在LS-DYNA软件中进行仿真计算,动态模拟人下颌骨火器伤的致伤过程、应力传导及分布的情况。结果表明,本研究所建立的人下颌骨火器伤三维有限元模型几乎全采用六面体单元建模,满足了多个投射物多角度多部位打击下颌骨的研究需要,并提高了计算精度。不仅可以动态模拟不同入射条件下,下颌骨受打击的过程及损伤的严重程度,还可以观察投射物的运行轨迹及比较其投射效率;并且,通过对应力的计算,还可以动态模拟火器伤过程中应力在下颌骨中传导的方式及各部位应力随时间分布的情况。3.采用与下颌骨相同的材料模型、生物力学参数及接触算法,设定适合的边界条件,对所建立的人上颌骨火器伤三维有限元模型加载不同的入射条件（一个入射角度、两种投射物、两个投射部位及三种入射初速度）,在LS-DYNA软件中进行仿真计算,动态模拟人上颌骨火器伤的致伤过程、应力传导及分布的情况。结果表明,本研究所建立的人上颌骨火器伤三维有限元模型采用四面体单元、五面体单元与六面体单元结合的方式建立人上颌骨三维有限元模型,在兼顾了计算效率和计算精度的基础上,降低了建模成本及运算时间,可以动态模拟不同入射条件下上颌骨受打击的过程及损伤的严重程度,还可以动态模拟火器伤过程中应力在上颌骨及颅底中传导的方式及各部位应力分布随时间的变化情况。结论:1.成功建立了人上、下颌骨火器伤三维有限元模型,该模型细节部分网格划分十分理想,细节损失小,几何相似程度高;各项网格单元质量检查结果均达到设定的检查标准,网格单元尺寸较均匀;装配后的上、下颌骨火器伤有限元模型符合动态模拟要求。2.在以下颌角及颏部正中为入射点,且入射角度限定在45°至90°之间时,下颌骨火器伤的致伤特点是:1)、入射角度越小,下颌骨受损伤的程度越重,投射物的致伤效率也越高;2)、入射初速度越大,下颌骨受损伤的程度越重,但投射物的致伤效率却越低;3)、钢珠的致伤效率远高于子弹,而子弹对下颌骨的损伤程度可能在大多数情况下均大于钢珠,但在入射角度接近于90°时,随着入射初速度的增加,钢珠对下颌骨的损伤程度可能大于子弹;4)、投射物在下颌角部位入射时对下颌骨造成的损伤程度及致伤效率均大于颏部正中入射;5)、在下颌骨的火器伤发生时,击入侧髁状突颈部发生骨折的可能性较大;6)、距离下颌骨伤道越近,应力在该部位分布越集中。3.在以上颌骨侧面的前点及后点入射,且入射角度与矢状面垂直时,上颌骨火器伤的致伤特点是:1)、在上颌骨前点入射时投射物对上颌骨造成的损伤及致伤效率略大于上颌骨后点入射;2)、入射初速度越大,上颌骨受损伤的程度越重,但投射物的致伤效率却越低;3)、子弹对上颌骨造成的损伤大于钢珠,但其致伤效率却小于钢珠;4)、投射物以相同的初始动能入射时,钢珠对上颌骨造成的损伤及致伤效率均大于子弹;5)、距离上颌骨伤道越近,该部位所受应力越强;6)、上颌骨火器伤时伴发颅脑损伤的严重程度与枪弹的入射部位及投射物的性质有关,与投射初速度的相关性小。4.我们建立的人上、下颌骨火器伤三维有限元模型可以进行颌面部火器伤生物力学研究。在研究颌面部火器伤生物力学机制方面,有限元方法可以弥补传统火器伤研究模型的不足。

窦尉尉^[10]（2010）在《不同载荷下颌面骨生物力学的三维有限元分析》文中认为目的：了解在不同载荷条件下,颌面骨的应力分布变化情况,进一步探讨其本身的生物力学行为特征、骨折可能的发生机制及坚强内固定的理论基础,为颌面骨骨折的诊断及治疗提供理论参考。方法：1、对不同方向、不同大小的外力、不同受力面积作用于下颌角时下颌骨的主应力值以及应力分布情况进行三维有限元分析。2、对颌骨正中和颧骨在不同作用力及各种工况下的应力及位移进行三维有限元分析。结果：1、下颌角侧方加载力时,同侧下颌角髁状突颈部、下颌隆突、磨牙后三角区及颏部舌侧面应力较大,下方加载时,双侧髁状突颈部、下颌角外侧面、下颌角下缘应力较大。2、两个施力方向均伴随着施力的不断增大,Von Mises应力值以及应力集中区域逐渐增大。3、受力面积越小,主应力越大,应力变化与面积变化成反比。4、上颌骨正中加载时,同侧上颌骨正中、眶内侧、外侧、眶底区、颧骨及对侧眶内侧壁应力较大,位移以同侧牙槽突最大。颧部加载时,颧骨、眶外侧、眶底区以及鼻底应力较大,位移以颧骨加载部位最大。5、两个施力部位均伴随着施力的不断增大,Von Mises应力值以及应力集中区域逐渐增大。6、伴随着加载角度的变化,应力值变化较小,应力集中区域变化范围较大。结论：1、静载荷作用于下颌角时,下颌骨各部位应力分布与外力大小成线性关系,应力与面积成反比。2、上颌骨正中加载时,同侧上颌骨正中、眶内侧、外侧、眶底区、颧骨及对侧眶内侧壁为应力集中的区域；位移以同侧牙槽突最大。3、颧部加载时,颧骨、眶外侧、眶底区以及鼻底应力较大,位移以颧骨加载部位最大。4、伴随着施力大小的不断增大,两种载荷下Von Mises应力值以及应力集中区域渐增大,应力大小与外力的大小成线性关系。5、作用外力的角度与方向不同,颅上颌复合体的应力效果有着显着的不同。

二、颅面骨撞击伤的生物力学研究（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、颅面骨撞击伤的生物力学研究（论文提纲范文）

（1）人下颌骨撞击伤造成颞下颌关节间接损伤的三维有限元仿真模拟研究（论文提纲范文）

（2）颌面部爆炸伤造成颅底继发损伤三维有限元仿真模拟实验研究（论文提纲范文）

（3）颌面撞击伤对颅底损伤的生物力学动态仿真研究（论文提纲范文）

（4）人头面部三维有限元模型的建立及撞击伤模拟检验研究（论文提纲范文）

（5）多排CT在颞骨撞击伤诊断中的应用价值（论文提纲范文）

（6）机械应力分析法对100例颅面骨骨折的诊断分析（论文提纲范文）

（7）建立预测颈动脉粥样硬化斑块破裂风险的个体化虚拟模型的探索和前期研究（论文提纲范文）

（8）颅面骨骨折的影像分析新方法——三维重建和机械应力分析综合法（论文提纲范文）

（9）人上、下颌骨火器伤动态模拟及有限元生物力学分析的初步研究（论文提纲范文）

（10）不同载荷下颌面骨生物力学的三维有限元分析（论文提纲范文）

四、颅面骨撞击伤的生物力学研究（论文参考文献）

• [1]人下颌骨撞击伤造成颞下颌关节间接损伤的三维有限元仿真模拟研究[D]. 黄君杰. 中国人民解放军陆军军医大学, 2020
• [2]颌面部爆炸伤造成颅底继发损伤三维有限元仿真模拟实验研究[D]. 周旭华. 中国人民解放军陆军军医大学, 2019(03)
• [3]颌面撞击伤对颅底损伤的生物力学动态仿真研究[D]. 吴坡. 第三军医大学, 2016(06)
• [4]人头面部三维有限元模型的建立及撞击伤模拟检验研究[D]. 刘煜. 第三军医大学, 2016(05)
• [5]多排CT在颞骨撞击伤诊断中的应用价值[J]. 路雨澍. 世界最新医学信息文摘, 2015(73)
• [6]机械应力分析法对100例颅面骨骨折的诊断分析[J]. 陶黎,肖智博,曾勇明,彭冈力. 重庆医学, 2014(03)
• [7]建立预测颈动脉粥样硬化斑块破裂风险的个体化虚拟模型的探索和前期研究[D]. 陈犹白. 中国人民解放军医学院, 2013(09)
• [8]颅面骨骨折的影像分析新方法——三维重建和机械应力分析综合法[J]. 段阳,邵建,陶黎,马红丽,周姝,杨本强. 医疗卫生装备, 2012(10)
• [9]人上、下颌骨火器伤动态模拟及有限元生物力学分析的初步研究[D]. 唐震. 第三军医大学, 2011(12)
• [10]不同载荷下颌面骨生物力学的三维有限元分析[D]. 窦尉尉. 天津医科大学, 2010(03)

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