?將格式為 DICOM 的 CT 數(shù)據(jù)導入電腦，使用 Mimics 21.0 軟件提取圖像，依據(jù)不同組織的灰度值進行自動化閾值分割區(qū)分，初步分離出研究的部位主體模型及周圍各部分組織等 STL 模型?；將 STL 模型導入 Geomagic 2017 軟件，抹去模型釘狀物和多余特征處理，然后對模型進行優(yōu)化光滑處理，使用精確曲面模塊探測模型輪廓線，對變形或者不合理的輪廓進行編輯，適當添加輪廓線以方便生成曲面片；曲面片生成成功后擬合曲面，然后將擬合完成的曲面，將光滑后的模型導出為通用的STEP格式模型數(shù)據(jù)文件；接著使用 SolidWorks 2017 軟件對 STEP 模型進行相關(guān)模型裝配處理操作；之后將建立好的模型導入到 ansys17.0?軟件，賦予對應(yīng)的材料參數(shù)與載荷，最后對建立好的模型進行相關(guān)力學分析如。

文獻【不同下頜角成形術(shù)后下頜骨受力的三維有限元分析】

宋健 崔劍 祝頌松 蔣文濤 徐勇強 胡靜

【摘要】目的：運用三維有限元方法分析不同下頜角成形術(shù)前后下頜骨的應(yīng)力應(yīng)變變化。方法：通過螺旋CT掃描及相關(guān)軟件進行正常下頜骨、下頜角截除術(shù)及下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)3種下頜骨有限元建模，并利用abaqous軟件對3組模型進行應(yīng)力應(yīng)變分析。

結(jié)果：下頜角截除術(shù)后：下頜角區(qū)的應(yīng)力明顯增加，而應(yīng)變減少；髁突頸部的應(yīng)力增加，應(yīng)變則無明顯變化。在下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后：下頜骨在下頜角及髁突頸部的應(yīng)力應(yīng)變均明顯增加，且增幅也明顯高于下頜角截除術(shù)。

結(jié)論：下頜角成形術(shù)可以對下頜骨的應(yīng)力應(yīng)變分布產(chǎn)生影響，其中下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)會更明顯的影響髁突頸部及下頜角區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變分布。

【關(guān)鍵詞】 方頜；三維有限元分析；下頜角成形術(shù)；應(yīng)力

? ? ? 方頜畸形是指由于骨性或肌性原因?qū)е碌拿嫦虏窟^寬，面部長寬比例失調(diào)，從而呈現(xiàn)方形面容。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展與社會不斷進步，越來越多的人以面型過方影響美觀前來就診。目前用于矯治下頜角肥大以及減小面下份寬度的整形手術(shù)通常被稱為下頜角成形術(shù)(gonioplasty or mandibular angloplasty)，主要包括下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)和下頜角截除術(shù)2種術(shù)式(2-3]。下頜角成形術(shù)需要切除沒有器質(zhì)性病變的下頜骨，而此是否會導致下頜骨應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生變化，是臨床關(guān)注的一個重要問題。

? ? ?本研究以年輕牙列完整的健康女性為實驗對象，建立下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)和下頜角截除術(shù)2種術(shù)式的人類下頜骨模型，通過三維有限元模型的建立，研究分析下頜角成形術(shù)后下頜骨應(yīng)力應(yīng)變的變化情況，從而為臨床提供實驗依據(jù)。

1材料及方法

1.1下頜角成形術(shù)前后3種模型建立

1.1.1建模材料及設(shè)備選擇一例下頜角肥大牙列完整的年輕女性。西門子螺旋CT機，聯(lián)想電腦（基本配置：sp2800+，內(nèi)存1G），WINXP及DOS6.22操作系統(tǒng)，三維重建軟件Mimics9.0，快速成型軟件Rapid-form，有限元分析軟件Abaqous。

1.1.2下頜骨螺旋CT掃描采用西門子SomatomDR3型16排螺旋CT機，掃描條件：以咬合平面為參考平面沿下頜骨下緣向上進行橫斷掃描，共得83層。

1.1.3建立下頜骨三維有限元模型將CT所得的DICOM格式通過Mimics軟件、Rapidform軟件及Abqaous軟件處理，得到完整下頜骨模型，并通過軟件按照手術(shù)最終效果進行切割，最終得到良好的3種下頜骨模型：完整下頜骨：196641個單元，270019個節(jié)點；下頜角截除術(shù)后模型：196632個單元，274762個節(jié)點；下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后模型：189382個單元，265840個節(jié)點。

1.2加載方式

1.2.1咬合加載方式在本實驗中統(tǒng)一采用對正中咬合功能下的邊界約束進行設(shè)計。

1.2.2肌力加載方式此實驗統(tǒng)一采用包括咬肌、顳肌、翼外肌、翼內(nèi)肌及二腹肌5組肌肉的肌力加載方式，各肌力向量參數(shù)（4-6]。肌力考慮成集中力形式，選擇肌附著部位若干點，分別將肌力向量施加在選定的節(jié)點上。從各組模型中選擇的30個測量點平均值進行計算比較。

1.3約束條件

? ? ? 此實驗把髁突抽象為固定的鉸鏈約束，對下頜后牙功能尖的節(jié)點進行約束，用以模擬正中咬合。對9組肌肉采用桿單元模擬其約束，桿單元即為只受拉力而不受壓力的非線性材料。

? ? ?設(shè)置髁突上表面節(jié)點在X軸方向位移為0，Z,Y方向上可以任意移動。引用材料力學性質(zhì)：設(shè)各組織為各向同性均質(zhì)材料、其彈性模量及泊松比（7）。

1.4統(tǒng)計分析

? ? ? 采用t檢驗的成組設(shè)計兩樣本均數(shù)比較，對3種模型下頜角及髁突頸部的應(yīng)力應(yīng)變值進行比較與統(tǒng)計學分析，P<0.05認為有統(tǒng)計學差異。

2結(jié)果

? ? ? 獲得了完整的下頜骨三維有限元模型，并根據(jù)兩種手術(shù)方案:一為截除雙側(cè)下頜角；另一為截除下頜角區(qū)骨外板，即把頦孔后至下頜角升支后緣區(qū)域的骨外板矢狀劈除。運用布爾操作對下頜骨模型進行處理后建立3種下頜骨三維有限元模型（圖1）。

? ? ? ?通過三維有限元計算分析，發(fā)現(xiàn)3種下頜骨在ICP咬合方式下，在髁突頸部、乙狀切跡及下頜升支前后緣都出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中區(qū)。在經(jīng)過下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后下頜骨模型中，其截骨線處出現(xiàn)明顯的集中應(yīng)力區(qū)。

? ? ? 應(yīng)力情況：下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后下頜骨在下領(lǐng)角區(qū)及髁突頸部應(yīng)力值（28.411N，52.643N）都大于正常下頜骨（6.668N，16.802N）和下頜角截除術(shù)后下頜骨（13.159N,18.04N），且下頜角截除術(shù)后下頜骨大于正常下頜骨（P<0.05）（表1,圖2）。

? ? ?應(yīng)變情況：下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后下頜骨在下頜角區(qū)應(yīng)變值（0.2638mm）大于正常下頜骨（0.1321mm）和下頜角截除術(shù)后下頜骨（0.0936mm）（P<0.05），且正常下頜骨大于下頜角截除術(shù)后下頜骨（P<0.05）；在髁突頸部，下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后下頜骨（0.01781mm）大于正常下頜骨（0.01217mm）和下頜角截除術(shù)后下頜骨（0.01314mm)（P<0.05),而正常下頜骨與下頜角截除術(shù)后下頜骨之間無顯著差異（P>0.05）（表1,圖3）。

3討論

? ? ? 研究表明有限元分析在骨組織生物力學方面具有高度的準確性[8-11]。與傳統(tǒng)的實驗應(yīng)力分析方法相比，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：(1）能夠給出模型任一部位的應(yīng)力及位移狀態(tài)；（2)可以反復(fù)使用同一模型進行各種不同加載條件進行計算，保證了模型的完全相似；(3）借助計算機處理龐大的數(shù)據(jù)，計算準確率高；（4）無論研究對象的幾何形態(tài)、材料性質(zhì)、支持條件和載荷方式多么復(fù)雜，都能進行分析。

? ? ? 現(xiàn)今很多國內(nèi)外的學者擔心進行下頜角成形術(shù)后，會影響下頜骨的應(yīng)為應(yīng)變分布，從而影響顳下頜關(guān)節(jié)生理功能，以及由于不當?shù)囊Ш蠈е孪骂M骨意外骨折。本研究發(fā)現(xiàn)在正常下頜骨中，整個下頜骨應(yīng)力分布較為連續(xù)，應(yīng)力主要集中于髁突、喙突、乙狀切跡、下頜升支前后緣，但最大應(yīng)力位于髁突，進一步說明髁突是受力的關(guān)鍵。從下頜骨形態(tài)看，結(jié)構(gòu)突變或薄弱位置，如頦孔、下頜角等位置，也是應(yīng)力集中區(qū)。從本實驗圖形及數(shù)據(jù)的進一步分析中，我們發(fā)現(xiàn)不同下頜角成形術(shù)對下頜骨應(yīng)力應(yīng)變變化產(chǎn)生不同影響。

? ? ? 下頜角截除術(shù)后，新形成的“下頜角”上移，其肌肉作用距離縮短，從而產(chǎn)生與正常下頜骨相比，下頜角區(qū)的應(yīng)力明顯增加，然而新“下頜角”骨質(zhì)增寬增厚，更不容易發(fā)生變形，所以應(yīng)變減少；而此術(shù)對髁突及其頸部影響不大。這些說明與正常下頜骨相比，下頜角截骨術(shù)后雖下頜角受力增加，但是更不容易發(fā)生骨折，而對髁突頸部這一薄弱部位并未產(chǎn)生不良影響。

? ? ?下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)后，骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，新形成的“下頜角”區(qū)骨質(zhì)變薄，同時由于部分骨外板截除，所以髁突向下頜骨傳導力部分中斷，進而產(chǎn)生與正常下頜骨相比，下頜角區(qū)及髁突頸部的應(yīng)力應(yīng)變均明顯增加，且增幅也明顯高于下頜角截除術(shù)。以上說明與正常下頜骨及下頜角截除術(shù)后相比，下頜角區(qū)骨外板截除術(shù)所致下頜角區(qū)骨骼幾何形狀的改變會更明顯的影響下頜骨髁突頸部及下頜角區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，使髁突頸部及下頜角區(qū)受力明顯增加并且容易出現(xiàn)骨折現(xiàn)象。

? ? ? 本實驗只進行了下頜角成形術(shù)后生理肌力加載下的分析，在真實情況中，可能由于患者的長期單側(cè)咀嚼、顳下頜關(guān)節(jié)疾病、磨牙癥或者牙齒缺失等問題對應(yīng)力分布產(chǎn)生影響；下頜骨除經(jīng)常處于靜態(tài)負載之外還有動態(tài)負載；同時有的下頜角肥大的患者要同時進行兩種手術(shù)。所以下一步的研究將圍繞以下幾點展開：(1）研究不同咬合方式下的下頜骨應(yīng)力應(yīng)變情況；(2)研究同時接受兩種手術(shù)后的下頜骨的應(yīng)力分布情況；（3）研究設(shè)計動態(tài)負載狀態(tài)下的3種模型之間的應(yīng)力關(guān)系。

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