發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 16:16

【摘要】：頜面部位置暴露，無(wú)論戰(zhàn)時(shí)還是平時(shí)均易發(fā)生損傷，隨著爆炸性武器的應(yīng)用日趨廣泛和恐怖活動(dòng)的日益猖獗，頜面部特別是下頜骨爆炸傷發(fā)生率呈明顯上升趨勢(shì)。因此，頜面部頜面部爆炸傷的研究是頜面部乃至全身創(chuàng)傷研究中的重點(diǎn)問(wèn)題。目前對(duì)于頜面部爆炸傷的研究主要集中在創(chuàng)傷的救治及修復(fù)重建上，對(duì)于爆炸傷模型的建立及生物力學(xué)分析等基礎(chǔ)研究相對(duì)較少。傳統(tǒng)的爆炸傷模型雖然可以較真實(shí)地模擬人體組織遭受爆炸沖擊時(shí)的損傷情況，但是隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，特別是醫(yī)學(xué)倫理的限制，使得傳統(tǒng)爆炸傷模型逐漸表現(xiàn)出自身的缺陷。 有限元法(Finite Element Method FEM)是一個(gè)具有60年發(fā)展歷史且成熟的計(jì)算機(jī)模擬方法，在工程機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用非常廣泛，現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)中使用最為廣泛的方法。有限元在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也有40年的歷史，在這40年中，有限元技術(shù)在醫(yī)學(xué)特別是口腔醫(yī)學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為進(jìn)行生物力學(xué)分析的常規(guī)方法之一。由于有限元法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的爆炸傷實(shí)驗(yàn)在致傷機(jī)制研究中的不足，因此，將有限元法運(yùn)用于頜面部爆炸傷中將有助于深入研究頜面部爆炸傷損傷機(jī)制，并能為頜面部爆炸傷致傷部位傷情的快速判斷、迅速救治、戰(zhàn)時(shí)防護(hù)以及評(píng)估沖擊波致傷效應(yīng)等等提供新的思路和方法。 本研究首先通過(guò)建立豬下頜骨爆炸傷三維有限元模型，動(dòng)態(tài)模擬爆炸沖擊波致傷下頜骨損傷過(guò)程，仿真結(jié)果與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證模型及仿真方法的有效性，然后利用中國(guó)可視化數(shù)字人(CVH)的頭頸部CT數(shù)據(jù)建立人下頜骨爆炸傷三維有限元模型，動(dòng)態(tài)模擬不同爆炸條件下沖擊波致傷人下頜骨組織的致傷過(guò)程及生物力學(xué)分布情況，初步探討爆炸沖擊波與機(jī)體組織之間的相互力學(xué)作用及效應(yīng)。 研究方法和結(jié)果： 1.改良豬下頜骨爆炸傷動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，�?00mg紙質(zhì)RDX電雷管于15cm和5cm距離致傷豬下頜骨標(biāo)本的下頜角部位，測(cè)量各種致傷參數(shù)及致傷過(guò)程中豬下頜骨的生物 力學(xué)變化參數(shù)，為分析下頜骨爆炸傷生物力學(xué)機(jī)制和驗(yàn)證有限元模型和仿真結(jié)果提供動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)性好，有效獲取計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬需要的爆炸致傷、生物力學(xué)變化數(shù)據(jù)。 2.將豬下頜骨計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(Computed tomography，CT)數(shù)據(jù)導(dǎo)入影像處理軟件MIMICS中，通過(guò)三維重建獲得豬下頜骨面網(wǎng)格模型，然后將該模型導(dǎo)入有限元前處理軟件ANSA中，采用六面體為主，結(jié)合四面體、五面體的方式建立豬下頜骨爆炸傷三維有限元模型。建立的豬下頜骨三維有限元模型的單元數(shù)為36254，節(jié)點(diǎn)數(shù)為38875，所有單元均為實(shí)體單元。結(jié)果表明：該模型單元質(zhì)量好，與真實(shí)標(biāo)本的幾何外形相似程度高，滿足仿真模擬要求。 3.選擇適合的材料模型、生物力學(xué)參數(shù)及算法，加載與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相似的力學(xué)載荷和邊界條件，用所建立的豬下頜骨爆炸傷三維有限元模型在LS-DYNA軟件中進(jìn)行仿真計(jì)算；通過(guò)比較有限元仿真結(jié)果與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證所采用的有限元方法的合理性。結(jié)果表明，本研究所采用的有限元方法對(duì)下頜骨爆炸傷生物力學(xué)作用機(jī)制及其效應(yīng)有較好的預(yù)測(cè)能力，能滿足下頜骨火器傷生物力學(xué)機(jī)制研究的要求。 4.將中國(guó)可視化數(shù)字人(Chinese Visible Human, CVH)頭面部CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入影像處理軟件MIMICS中，通過(guò)三維重建獲得豬下頜骨面網(wǎng)格模型，然后將該模型導(dǎo)入有限元前處理軟件ANSA中，采用六面體為主結(jié)合四面體、五面體的方式建立豬下頜骨爆炸傷三維有限元模型。其中單元數(shù)為26644，節(jié)點(diǎn)數(shù)為27522，所有單元均為實(shí)體單元。結(jié)果表明，該模型單元質(zhì)量好，與真實(shí)標(biāo)本的幾何外形相似程度高，滿足下步仿真模擬要求。 5.在前期豬下頜骨爆炸傷三維有限元模擬的基礎(chǔ)上，選擇適合的材料模型、材料參數(shù)、邊界條件及算法，對(duì)所建立的人下頜骨火器傷三維有限元模型加載不同的致傷條件(兩個(gè)致傷部位、三個(gè)爆炸當(dāng)量及三個(gè)致傷距離)，在LS-DYNA軟件中進(jìn)行仿真計(jì)算，動(dòng)態(tài)模擬人下頜骨火器傷的致傷過(guò)程、應(yīng)力、應(yīng)變傳導(dǎo)及分布的情況。結(jié)果表明，該方法成功實(shí)現(xiàn)CVH下頜骨不同致傷條件下爆炸傷有限元仿真，模擬了下頜骨動(dòng)態(tài)損傷過(guò)程和損傷后形態(tài)，并且能夠動(dòng)態(tài)觀察、提取、分析不同部位應(yīng)力、應(yīng)變變化及分布情況，從而進(jìn)行相關(guān)的致傷機(jī)制的分析和研究。 結(jié)論： 1.成功進(jìn)行了豬下頜骨爆炸傷三維有限元仿真模擬，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建模型及所采用的有限元分析方法的合理性和可靠性，明確了在研究爆炸傷生物力學(xué)機(jī)制方面，有限元方法可以彌補(bǔ)目前爆炸傷研究動(dòng)物模型的不足。 2.成功建立了人下頜骨爆炸傷三維有限元模型并成功模擬了人下頜骨在不同致傷條件下的損傷過(guò)程，明確了有限元法在頜面部爆炸傷應(yīng)用中的可行性和可靠性，可以為頜面部爆炸傷致傷機(jī)制研究提供參考。 3.成功進(jìn)行了人下頜骨爆炸傷生物力學(xué)分析，Von Mises應(yīng)力及有效應(yīng)變可作為判斷和評(píng)價(jià)骨組織損傷嚴(yán)重程度的標(biāo)準(zhǔn)之一，也可以作為有限元仿真過(guò)程中預(yù)測(cè)骨組織損傷的指標(biāo)。 4.在下頜骨爆炸沖擊波致傷過(guò)程中，除直接致傷部位外，雙側(cè)髁狀突及乙狀切跡是高應(yīng)力、高應(yīng)變集中區(qū)域，也是骨折好發(fā)部位。 5.本次建立的三維有限元模型和仿真方法需要不斷完善和改進(jìn)。
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R782.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2767550