鼻唇沟三维解剖学研究及生物力学仿真分析

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目的:探索鼻唇沟外形与面部表情肌之间的关系是本研究的目的之一.此外,本研究拟尝试应用先进的影像学手段,结合合适的计算机三维软件,以无损的方式了解鼻唇沟区域各表情肌的形态、走行及彼此间的三维空间关系,以实现鼻唇沟区域复杂肌肉三维结构的可视化.方法:基于已有的大体解剖学相关资料,以Catia软件的工程设计模块,建立鼻唇沟区域的皮肤-肌肉-颌面骨的三维实体模型.应用Catia软件建立鼻唇沟实体模型后,将该模型导入Hypermesh软件中,设置单元类型、赋予材料属性、进行网格划分,最终生成鼻唇沟区域的皮肤-肌肉-颌面骨的三维有限元模型,并以HM格式导入Abaqus软件中,进行力学加载及生物力学分析,以初步探索鼻唇沟外形与面部表情肌之间的关系.通过对尸头鼻唇沟离体标本进行Micro-CT扫描和Nano-CT扫描,以进一步了解鼻唇沟的三维解剖学特点.应用Mimics软件对获得的鼻唇沟CT扫描数据进行三维重建,并比较两种扫描方法的异同,以无损的方式了解鼻唇沟区域各表情肌的形态、走行及彼此间的三维空间关系,以实现鼻唇沟区域复杂肌肉三维结构的可视化.结果:本研究把有限元分析方法运用到了鼻唇沟肌肉系统的调整上,通过计算机模拟鼻唇沟区域各组肌纤维间的连接方向,通过力的加载,初步明确了鼻唇沟外形与面部表情肌之间的关系.对于凹陷型鼻唇沟的形成,提上唇鼻翼肌、提上唇肌、颧小肌及颧大肌的收缩起主要作用,而其中的颧小肌作用更大.对于短直线型鼻唇沟的形成,提上唇鼻翼肌、提上唇肌及颧小肌的收缩起主要作用,而且它们三者的力量均衡,起着同等的作用.对于中等直线型鼻唇沟的形成,提上唇鼻翼肌、提上唇肌、颧小肌、颧大肌、笑肌、降口角肌的收缩起主要作用,而且它们的力量均衡,起着同等的作用.对于长直线型鼻唇沟的形成,提上唇鼻翼肌、提上唇肌、颧小肌、颧大肌、笑肌、降口角肌的收缩均起到重要的作用,而笑肌的作用更大.对于隆凸型鼻唇沟的形成,提上唇鼻翼肌和颧大肌的收缩起到重要的作用,而颧大肌的作用更大.在Micro-CT图像中,我们发现颧大肌的止点位于提口角肌的中外侧肌纤维处,而并不位于口轮匝肌上;同样,提口角肌的止点位于降口角肌的止点纤维处,而并不位于口轮匝肌上.在Nano-CT图像中,我们亦发现颧大肌的止点位于提口角肌的中外侧肌纤维处,而并不位于口轮匝肌上;同样,提口角肌的止点位于降口角肌的止点纤维处,而并不位于口轮匝肌上;这两发现跟Micro-CT的扫描结果是一致的.在同一标本的Nano-CT图像中,我们发现睑裂下方的眼轮匝肌由上、下两部分构成,两者间有明显的界限,上部眼轮匝肌更接近皮肤,而下部眼轮匝肌位于皮下深层,下部眼轮匝肌与颧小肌、提上唇肌相连.此外,我们发现,在Nano-CT二维图片中,可清晰地观察到肌纤维与皮肤间的肌皮关系:肌纤维从其主干纤维发出后,逐层细分,通过各肌纤维的末梢分支支配各自区域的真皮以实现肌纤维与皮肤间的联系.Nano-CT的上述发现弥补了以往大体解剖学及Micro-CT扫描结果的不足,填补了该领域的空白.结论:基于已有的大体解剖学数据资料,联合使用Mimics、Geomagic Studio、Catia、Hypermesh和Abaqus等软件,成功建立了鼻唇沟区域的皮肤-肌肉-颌面骨的三维有限元模型,该模型具有很好的几何相似性及良好的生物力学特性,为鼻唇沟等软组织的形变、生物力学研究提供了较理想的生物模型.本研究应用有限元方法分析鼻唇沟的外形与面部表情肌之间的关系,将先进的生物力学仿真分析手段与临床鼻唇沟年轻化手术的探索相结合,具有很强的先进性和创新性;最终,初步明确了鼻唇沟外形与面部表情肌之间的关系.鉴于有限元分析技术的不足之处,本研究进一步应用Micro-CT和Nano-CT结合碘染色技术深入研究了鼻唇沟区域的三维解剖结构,并以无损的方式成功阐明了鼻唇沟区域各组肌纤维的形态、走行及彼此间的空间关系,实现了鼻唇沟区域复杂肌肉三维结构的可视化.
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