目的:研究借助三维有限元分析技术,建立骨缝精确标识性颅面骨三维有限元模型,采用生物力学的方法解释上颌前方牵引之前是否需进行快速扩弓这一富有争议的问题,为临床上更好地使用前方牵引矫治技术提供强有力的生物力学基础支持,也为进一步开展颅面部生物力学研究提供重要的平台。方法:选择替牙晚期10岁女孩的干燥头颅骨(不包括下颌骨部分),采用丁氧膏精确定位颅面骨各相关骨缝和标志点的具体位置以便于识别;制作简易支架,使其金属杆部分垂直于眶耳平面,并固定于头颅骨上;SCT扫描颅面骨以及CT三维影像重建;绘制颅面复合体的外轮廓线位图,绘制颅面复合体的外轮廓线矢量图,进行三维有限元模型的建立;组织生物力学参数的设定以及边界条件的设定,分别模拟上颌快速扩弓和前方牵引加载;计算、分析两种工况下颅面骨复合体硬组织及相关骨缝的应力、位移状况。结果:1自主建立颅面骨有限元模型,所建立的骨缝标识性颅面骨三维有限元模型共包括21480个节点和83688个单元。模型模型网格划分准确合理,几何形态较逼真。不仅可以任意旋转,从不同角度进行观察,还可以任意切割或提取其中的各个部分。并能够依照不同的研究目的和要求添加或删除感兴趣或不需要的结构。2模拟上颌快速扩弓加载后,颅面骨X方向的位置改变最大值出现在节点12911处,位移为5.31mm,此节点对应的是上颌中切牙之间的牙槽嵴顶。冠状面观察,上颌骨向两侧呈金字塔形打开,底部位于腭板的近口腔侧,顶部指向鼻骨。其Y方向的最大位移改变值出现在节点2314处,位移为-1.16mm(水平向后),对应的是颧骨的腭突。水平向前的最大位移出现在节点6022处,位移为1.08mm,相当于梨状孔的前下点。上颌骨复合体(包括牙槽骨部分、A点、ANS点)均显示有少量的水平向前位移,但是颧骨却显示有向后的水平位移。垂直向位移——即Z方向的位置改变中,最大值出现在节点52处,位移为-1.22mm,对应的是鼻腔的后上点。垂直向上的最大位移出现在节点241处,为1.76mm,此节点对应的是颧骨体部。3模拟上颌快速扩弓加载后,最大压应力出现在上颌第一恒磨牙的牙槽骨附近,应力值为57.19N/mm~2。各骨缝中鼻颌缝和鼻额缝的应力高达32.68N/mm~2。颧骨的额突部分、颧弓、颧额缝、颧颞缝等处也均显示有较高的应力值。4模拟上颌前方牵引加载后,最高拉应力出现在节点6297及其附近,此节点对应的位置为上颌第一恒磨牙的牙槽骨附近,应力值为39.86N/mm~2。另外,牙槽骨、上颌骨的颧突以及上颌结节附近区域也出现较高拉应力值。腭前部和眶下壁等处表现为压应力。各相关骨缝均有应力集中的现象。颧额缝、颧颞缝、翼腭缝等处均显示有较高的应力值。结论:1应用螺旋CT断层扫描和ANSYS软件相结合的方法,可建立先进可靠的颅面骨三维有限元模型。相关骨缝结构进行精确标识,并在建模时适当的简化处理将其所特有的生物力学性质融入三维有限元模型中,将进一步提高所建模型的仿真程度以及计算分析结果的可靠性。2上颌快速扩弓时,颅面骨特别是上颌骨的结构改变将有利于安氏Ⅲ类错(牙合)患者的骨骼关系的改善。相关骨缝对上颌骨块的横向扩展具有较大的限制,同时阻力还来自上颌骨周围颧骨和蝶骨等结构的限制,治疗时应考虑患者的生长发育尤其是骨缝钙化融合情况。3前方牵引可弥补快速扩弓时产生的不利影响,与快速扩弓联合使用可使上颌骨产生真正的平移。