论文部分内容阅读
目的本实验主要借助螺旋模CT技术和有限元方法(Finite Element Method, FEM)建立颧弓三维实体模型，在此模型基础上模拟骨断面并设计一种镍钛形状记忆合金(Ni-Ti shape memory alloy, Ni-Ti SMA)材质的新型颧弓骨折内固定器，建立颧弓骨折内固定三维有限元模型，并对模型稳定性进行仿真测试，为今后该种新型颧弓骨折内固定器的设计提供建模基础和实验依据。方法选择一名健康成人志愿者，采用螺旋CT对其眶上缘到下颌骨下缘范围进行连续薄层扫描，生成的图像数据以DICOM格式导入医学面图像处理软件Mimics10.01中，经阈值设定、蒙罩编辑、区域增长及形态学操作等生成颧弓初始3D模型；利用逆向工程软件Geomagic9.0对3D模型数据进行精细化处理，完成曲面重构；在UG NX5.0软件中，实现三维重建模型实体化并建立皮质骨、松质骨等结构；在此模型基础上设计新型内固定器、模拟生成骨断层建立骨折模型，再将设计的固定器放置于既定部位，经网格划分、材料属性添加建立颧弓骨折内固定三维有限元模型；最后定义接触、对模型自由度进行约束、模拟加载实验，对有限元模型外侧模拟集中力加载实验，力的大小分10N、30N、60N、90N、120N、150N六个级别，记录该模型在不同工况下的位移及应力分布情况。结果成功模拟设计出一种新型颧弓骨折内固定器，固定器由支撑杆和固位爪组成，采用上下包绕的方式固定于颧弓内侧；建立了颧弓骨折内固定三维有限元模型，模型总单元数52977个，节点数87116个；对模型最外侧模拟集中力加载，应力及位移均成明显的线性分布，但模型应力集中部位及位移最大部位并未随应力大小改变，模型应力主要分布在支撑板和抓勾连接部分区域，模型中间断骨最下缘的位移最大，当载荷＜50N时，模型最大位移不超过1㎜，而力的作用点位移为1㎜所对应的载荷则高达近100N。结论模拟的颧弓骨折内固定器固定效果满意，为今后该固定器的设计提供了建模基础。