英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
附录A 外文参考文献（译文）
成人顶骨移植后获得的颅骨力学性能的有限元分析
Pierre Haen a, b, *, Guillaume Dubois c, d, Patrick Goudot b,
Thomas Schoumanb
a法国 马赛 莱弗兰大道13013 莱弗兰医院 口腔医学和颌面外科
b法国 巴黎 公立医院AP-HP 妇女救济医院组 口腔医学和颌面外科
c法国 沙蒂永 OBL实体化公司
d法国 巴黎 乔治.夏帕克人体生物力学研究所
通讯作者 马赛 莱弗兰大道13013 莱弗兰医院 口腔医学和颌面外科（pierre.haen@yahoo.fr (P. Haen)）
文章信息：
文章历史：2017年8月12日收到论文
2017年11月20日接受论文
2017年11月26日在线发布
关键字：顶骨 有限元分析 移植捐赠站点 创伤学 机械应力
摘要：
前言：顶骨移植在颅颌面外科手术中广泛应用，颅骨外板移植手术和颅骨内版移植手术都是可以实现的。但是这种移植所造成的骨缺损可能会导致尚未被充分评估的颅骨力学性能明显变弱。我们的目的是利用有限元分析法评估顶骨移植对颅骨力学性能的影响。
方法：对三个成人颅骨进行CT扫描，建立颅骨有限元模型，建立顶骨内外板植骨模型。在模型上施加正面荷载，水平荷载和顶骨荷载，并且比较范式等效应力的分布情况。
结果：无论是在整个颅骨上还是移植部位，骨移植模型的最大范式应力都比较高。对于内板受损的模型，最大范式应力甚至更高。
结论：顶骨移植会改变颅骨的机械强度，增加颅骨骨折的风险，主要发生在移植部位。颅骨外板顶部的移植部位也包括在内。在顶骨上部、靠近失状面缝合线以及有光滑的内部边角的地方植骨能够降低骨折的风险。
2017年欧洲颅颌面外科协会 爱思唯尔有限公司出版 所有权归其所有
1 介绍
颅盖骨自体骨移植常用于颅颌面重建手术，因为自体骨移植有许多优点：可获得性好，骨整合性好且植骨吸收少，供区并发症少。从顶骨外板获得骨移植物是最常用的方法，但是一些作者建议采用全厚度骨移植和外板复位以便于从内板获得移植物，就像历史上Tessier所描述的那样。一些作者也报道了成人人体骨移植后全顶骨厚度的总厚度并未再生。儿童的情况则不同，他们通常在骨移植后出现颅骨完全再生。从顶骨区取出骨移植物会明显减少颅骨的厚度并且可能会影响颅骨的机械强度。目前尚无关于成年人骨移植后颅骨损伤的临床数据。但是最近关于动物或者新鲜尸体的研究报告中表明外板移植会减少移植部位的破坏。但是，因为人脑颅骨与动物颅骨在解剖学上的差异，仅能从动物模型中得到有限的结论。此外，这些研究解决的仅仅是外板移植的问题，因为，用同样的方法很难研究内板移植的效果。并且，虽然研究者们已经对局部刚度的改变进行了评估，但是，这并不是对颅骨整体力学性能进行评估的结果。这才是关于头部创伤的主要问题。有限元分析（FEA）提供了一种在虚拟环境中通过数值模拟的有效的实验替代方案。许多作者报道了FEA的有效性，尤其是在研究关于创伤性颅面损伤的生物力学仿真方面上。
我们研究的主要目的是利用有限元法来评估在顶骨移植后的颅骨机械强度的变化。第二个目的就是为了比较外板移植与内板移植的效果。
2 方法和材料
2.1 模型创建
2.1.1 健康模型（见补充数据内容1）
对三位无骨损伤的年轻男性患者进行颅面部CT扫描（0.4219mm连续切片），建立三个有限元模型。这些CT扫描图像的获得与医疗原因（头痛，软组织感染）无关，并且这些数据是征得病人同意后才使用的。这些CT扫描图像都是匿名的。根据国家规定，在研究期间，对匿名临床数据的重复使用并不需要伦理上的认可。对所有CT扫描图像的采集协议（校准，空间协议）都是相同的。我们使用Mimics 13.1提取每一张CT扫描图像的DICOM数据进行分割。为了简化和加快计算过程，第一个模型中去掉了下颌骨，脊椎和牙齿。将得到的颅骨（颅面骨骼）导入3-matic4.4软件进而创建一个线性四面体积网格模型（每个模型的相关数据见表格1）。研究中，我们使用Mimics13.1时，按照亨氏单位相关规则计算杨氏模量（弹性模量）。这个规则是基于表面密度（使用亨氏单位来进行体素强度测量）和杨氏模量的关系：E=K.rho;3。其中E是单位为MPa的杨氏模量，rho;是单位为Kg.m-3的表面密度，k是取决于CT扫描校准化的系数，在研究中，我们默认k=4249Gpa(g/cm3)-3。总共有100个杨氏模量被赋值。泊松比设为0.3，跟之前的骨组织测定一样(模型的力学性能和赋值规则见表2).
表格1 采集模型的相关系数
|
模型1 |
模型2 |
模型3 |
|
|
性别 |
男 |
男 |
男 |
|
年龄 |
21 |
33 |
40 |
|
无骨损模型未曾移植前理论移植区域中心的顶骨厚度 |
10mm |
6mm |
6mm |
|
无骨损模型移植后移植区域中心的顶骨厚度 |
5mm |
3mm |
3mm |
|
移植前有限元数量 |
520248 |
433406 |
528953 |
表格2 皮层质骨与松质骨的力学参数
|
皮层质骨 |
松质骨 |
|
|
质量密度Kg.m-3 |
gt;1840 |
1000-1840 |
|
杨氏模量MPa |
13700 |
1370-13700 |
|
泊松比 |
0.3 |
0.3 |
|
亨氏单位 |
gt;3000 |
1000-3000 |
2.1.2 植骨模型（见补充数据内容2）
使用3-matic 4.4软件对之前创建的每个模型进行顶骨的虚拟移植。创建两种类型的骨移植模型：一种是颅骨外板移植模型，第二种是颅骨内板移植模型。所有移植部位均位于右顶骨外表面一个5cmtimes;5cm的一个区域上（即25cm2），距矢状缝侧3cm,冠状缝后3cm。移植区域厚度是在正方形中心所测的总厚度的一半（表1）。对于移植部位周围没有多余骨损伤情况下的外板骨移植模型和没有骨固定材料的情况下的内板骨移植模型，我们考虑了最佳骨愈合方案。
2.2 方案和边界条件（图1）
所有的计算均在ABAQUS7.0（美国，普罗维登斯，西姆利亚）上完成。
我们创建了三种与交通事故相似的场景来模拟可能的创伤条件）。第一个场景模拟了枕部固定时的正面负荷，第二个场景模拟了左侧固定时的右侧负载，第三个场景模拟了颅底固定时在移植部位中部顶骨负载。
我们创建了4个典型平面来重现每个模型的相同加载条件：矢状缝对应的内侧面；穿过左右侧耳门上点和左眼眶下缘点的水平面（Frankfurt平面）；第二个水平面与第一个水平面平行，但是高出3cm；以及与穿过左右侧耳门上点的水平面垂直的正面平面。对于每个模型，这四个平面均可以定义等效加载以及固定区域。所有加载场景都被认为是准静态。为了与13.3MPa的压强相吻合，我们在一个面积为165mm2的圆形区域施加一个2200N的荷载。在加载场景中，这个数值是任意选择的，以便于对结果的充分比较。但是为了使骨头变形处于弹性状态（远离塑性变形或断裂条件），这个数值不宜太高。尤其要注意有些由于操作失误而造成的冲击情况。
中心节点亦三个自由度固定，中心节点周围165mm2的圆形内的所有节点均锁定在加载方向，以确定固定区域。在加载区域中心定义了一个正交标记，以便于将荷载从加载点指向固定区域内。
图1. 加载方案 (A) 正面加载. (B) 右侧加载. (C) 顶骨加载.
2.2.1正面加载方案
正面加载区域的中心位于额鼻缝上方3cm处的矢面内，固定区域的中心位于同一矢面内的枕外隆突处上方3cm。
2.2.2侧面加载方案
侧面加载区域的中心位于正面和最高水平面十字相交处的右颞骨上，固定区域的中心位于左侧颞骨的同一位置。
2.2.3顶骨加载方案
对于外板移植模型，顶骨加载区的中心位置位于移植部位外表面的中心。对于健康模型以及内板移植模型，顶骨加载区的中心位于顶骨外表面的同一位置上。本次实验中进行了27次有限元分析，计算。其中这三个模型，每个模型各有3种方案。根据冯.米塞斯应力分布图，比较了整体颅骨以及移植中心（或者健康模型在理论上移植部位）的最大范式等效应力值。
3 结果（表格3 ，表格4）
3.1 正面加载方案（图2，图3）
3.1.1健康模型
在加载中心和固定区域中心会出现最高的范式等效应力值（范围在30.0MPa-53.1MPa)。我们观察到颅顶上其余范式等效应力值较高区域，大都分布在两条线上：第一条线在颞顶缝周围（范围在4.1MPa-8.5MPa)，第二条线上的范式等效应力值相对于第一条线要稍微低一点（范围在2.8MPa-5.3MPa),这条线在矢状缝周围。同时，在枕骨大孔旁的颅底上，我们还观测到了应力集中现象；在顶骨的理论移植区域还出现了非常小的应力。每个模型的整个顶骨的最高范式等效应力值（范围在30.0MPa-53.0MPa)以及模型理论移植区域处的范式等效应力值（范围在2.5MPa-3.6MPa)都是不一样的，但是三个模型的力学性能还是相似的，是具有可比性的。
3.1.2外板移植模型
我们观察到了三个外板移植模型均有相类似的力学性能，都是可以比较的。最高范式等效应力值区域（范围在38.3MPa-62.1
全文共16660字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[451902]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
