有限元分析法(Finite Element Analysis FEA)是一种计算算法,用于研究一些复杂的物理模型的几何或载荷工况。它的基本原理是通过离散模型为很多个小单元,然后对单个单元的载荷情况进行分析,再将所有单元统一求解获得整体模型的载荷情况,非常适合于解决复杂的工程力学问题。由于人体结构的复杂性,有限元法(Finite Element Method FEM)作为一种新的研究工具在生物力学领域中得到了广泛的应用。文献指出,口腔颌面部长期暴露与身体外部,缺乏缓冲保护,创伤的发生率较高。对口腔颌面部创伤的研究,传统方法的动物模型、尸体或人工材料模型受限于成本、医学伦理,供应源不稳定或可重复性等原因限制,无法充分满足研究的需求。有限元分析法因其低成本、高重复性等优势很好的弥补了上述方法的不足。本课题组前期实验完成了颌面部部分重要骨骼的建模,进行了枪弹伤和爆炸伤的有限元分析,为颌面部创伤的致伤机理以及伤情评价提供了新的思路,但这些模型的局限无法反映软组织在创伤中的作用。因此,我们迫切需要一个能完整囊括头面部软硬组织的有限元模型,作为课题组构建的口腔颌面部创伤数字化模拟平台的研究工具。研究方法将健康成年男性志愿者头部CT(Computer Tomography)数据导入Mimics14.0软件中,按骨组织、皮下软组织和皮肤组织分类分别进行图像分割、三维重建和面网格划分。将面网格模型在Geomagic Studio软件中实体化,通过Hypermesh软件对实体模型进行体单元格的划分,最后在Solidwork软件中完成对三部分模型的装配。在LS-DYNA软件中通过设置撞击条件,对模型仿真性能进行检验。实验结果1.分别获得了颅面部骨、软组织及皮肤的三维重建影像和面网格模型,数量分别为:895074,1023146,332869。模型完整,网格数量多。2.完成了面网格的逆向实体生成,分别获得三部分结构的CAD实体模型及复合体。获得了完全由体单元格构成的完整人头面部有限元模型,网格数量为214250,节点数量为411920,骨、软组织及皮肤组织三部分结构网格数量依次为72926,121856,19648;节点数量依次为131266,243712,36942。3.完成了对模型的撞击伤模拟检验,成功得到软硬组织的应力云图,并观察到骨组织在撞击断裂后的动态变化,骨折块的移位情况与临床实际相仿。结论本实验成功建立了完全由体单元网格构成的人头面部三维有限元模型,并完成了模型的仿真性能进行了检验,确定了模型的动态模拟结果与实际伤情具有一定的类似性,保证了本模型在撞击伤仿真模拟中的可信度。同时获得了人头面部的CAD实体模型,将计算机仿真模拟与3D打印技术结合起来,利用3D打印技术制作仿真头颅,为颅颌面创伤模拟提供了新的工具。