颅缝的解剖学观测及其力学行为的有限元分析

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目的:完善中国成人颅缝的解剖学资料,为整骨手法治疗相关疾病提供解剖形态学依据。构建带有颅缝的中国成人颅脑三维有限元模型,为研究颅缝的力学作用提供模型及工具。使用有限元分析方法研究颅缝的不同形态是否对其力学行为造成影响。方法:1.采用非测量观察与颅骨测量的方法对285例中国成人的干燥颅骨进行研究。系统性观测和总结颅缝闭合、顶孔、永存额缝、缝间骨、翼点的解剖学表现及特征。2.使用Mimics、Geomagic、Solidworks和Ansys等软件对模型进行构建和验证。3.基于颅缝的不同形态构建了 6组骨-缝-骨复合结构的有限元模型,并对各模型组施加50 kPa的冲击载荷和两侧各98 N的拉伸载荷,分析在冲击和拉伸载荷下各组的Mises应力和总变形量变化。结果:1.(1)颅外缝闭合的检出率为31.93%;矢状缝的闭合程度最高;冠状缝和人字缝的闭合多呈左右对称性。在未闭合的颅缝中,颅缝的两侧骨面粗糙并相互嵌插,难以移动。(2)顶孔的检出率为82.86%,以单孔型最多,多位于矢状缝的一侧或两侧;颅内外相通率为39.97%。(3)永存额缝和缝间骨的检出率分别为10.18%和63.86%。缝间骨的解剖形态学特点因其发生部位而异。永存额缝的发生多合并缝间骨,但缝间骨不一定合并永存额缝。(4)翼点的形态类型按检出率依次是蝶顶缝型、翼上骨型、额颞缝型及星点型,且多呈双侧对称分布。翼点中心到颅内、外相关标志点的距离,右侧略长于左侧,男性长于女性。2.本研究基于CT及MRI图像构建了一个带有颅缝的中国成人颅脑三维有限元模型。该模型由头皮、颅骨、硬脑膜、脑脊液、大脑镰、小脑幕和脑组织等解剖结构组成,并人为划分颅缝。经与尸体数据对比验证后,证明模型构建成功。3.(1)颅缝的存在延后了 Mises应力峰值的出现时间,并增加了复合结构的峰值应力范围和大小。这种改变与颅缝形态的直线或屈曲、波形数量无关,与骨-缝接触面的面积、复杂程度相关。缝区的Mises应力主要集中在颅缝两侧的骨面上。(2)颅缝组的总变形量在冲击载荷下约为0.2μm,在拉伸载荷下约为11 μm。复合结构的总变形量变化与颅缝的有或无相关、与颅缝的形态无关,但缝区局部的变形量与其形态相关。结论:对中国成人颅缝闭合、顶孔、永存额缝、缝间骨及翼点的情况进行观测和研究,并归纳总结其特征。颅缝具有缓冲震荡的作用,该作用与颅缝形态的复杂程度相关,与颅缝的直线或屈曲、波形数量无关无关。拉伸载荷可使复合结构产生极微小的变形,总变形量变化与颅缝的形态无关。颅骶疗法的推荐力不能推动颅缝。
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