Вивчення впливу анізотропії і неоднорідності кісткової тканини на розподіл напружень у нижній щелепі методом скінченних елементів

Наведено результати імітаційного математичного моделювання напружено-деформованого стану нижньої щелепи з використанням удосконаленої тривимірної скінченноелементної моделі. Для точного відтворення геометричної форми і структурної неоднорідності кістки використані дані щодо її щільності, отримані при проведенні комп’ютерної томографії. Побудовані геометричні об’єми в імітаційній моделі нижньої щелепи відповідали губчастому і кортикальному шарам кістки нижньої щелепи. Для спрощення дослідження структури пружних констант анізотропного неоднорідного тіла кістки керувалися апріорними даними щодо характеристик жорсткості її кортикального шару. Напрямок вісей пружної симетрії задавали по векторах розміщення остеонів кортикального шару. При вивченні впливу анізотропії та неоднорідності фізичної моделі кістки її механічні властивості розглядали як лінійно ортотропні для кожного дискретного кусково-однорідного об’єму моделі тіла щелепи з трьома взаємно ортогональними площинами симетрії в декартовій системі координат. Визначення значень тензора пружних констант анізотропного тіла в кожному локальному об’ємі проводили в локальній системі декартових координат за фактичними даними ви- пробувань матеріалів зразків щелепи для модулів пружності і коефіцієнта поперечної деформації уздовж лінії розміщення остеонів кортикальної кістки. Відтворення сил і напрямку дії жувальних м’язів в імітаційній моделі проводили за даними гнатодинамометрії. Вивчено вплив анізотропії та неоднорідності фізичної моделі кісткової тканини на розподіл напружень і деформацій у різних частинах нижньої щелепи. Отримані результати зіставлені з даними натурних експериментів і раніше запропонованих розрахункових моделей щелепи. Розроблено рекомендації для побудови адекватних імітаційних моделей напружено-деформованого стану нижньої щелепи людини, які застосовуються в щелепно-лицевій хірургії.

Рік видання: 
2012
Номер: 
6
УДК: 
539.3-616.724-01.3
С. 71—76. Іл. 6. Табл. 1. Бібліогр.: 17 назв.
Література: 

1. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир. 1975. — 542 с.
2. O. Panagiotopoulou et al., “Modelling subcortical bone in finite element analyses: A validation and sensitivity study in the macaque mandible”, J. Biomech., vol. 43, pp. 1603— 1611, 2010.
3. Ревякин А.В. Анализ напряженно-деформированного состояния нижней челюсти методом конечних элементов // Маэстро стоматологии. — 2005. — № 17. — С. 30—36.
4. Чуйко А.Н., Вовк В.Е. Особенности биомеханики в стоматологии. — Х.: Прапор, 2006. — 304 с.
5. Поворознюк В.В., Мазур И.П. Костная система и за- болевания пародонта. — К.: 2003. — 446 с.
6. Крищук М.Г., Лакша А.М., Єщенко В.О. Оцінка адекватності імітаційної моделі напружено-деформованого стану сегмента кінцівки з фіксацією перелому стержневим апаратом зовнішньої фіксації // Вісник НТУУ “КПІ”. Сер. Машинобудування. — 2011. — Вип. 61. — C. 76—81.
7. Маланчук В.О., Копчак А.В., Шидловський М.С. Механічні властивості кісткової тканини уламків нижньої щелепи при її травматичному переломі // Матер. Міжнар. науково-практ. конф. “Іноваційні технології в стоматології та щелепно-лицевій хірургії”, 30—31 жовтня 2009 р., Харків. — Х., 2009. — С. 25—28.
8. C. Clason et al., “A method for material parameter determination for the human mandible based on simulation and experiment”, Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng., vol. 7, no. 5, pp. 265—276, 2004.
9. C.L. Schwartz-Dabney and P.C. Dechow, “Variations in cortical material properties throughout the human dentate mandible”, Am. J. Phys. Anthropol., vol. 120, pp. 252—277, 2003.
10. J.R. Fernandez et al., “A three-dimensional numerical simulation of mandible fracture reduction with screwed miniplates”, J. Biomech., vol. 36, pp. 329—337, 2003.
11. F.J. Arendts and C. Sigolotto, “Mechanical characteristics of the human mandible and study of in vivo behavior of compact bone tissue, a contribution to the description of biomechanics of the mandible-II”, Biomed. Tech., vol. 35, no. 6, pp. 123—130, 1990.
12. J. Al-Sukhun et al., “Development of a three-dimensional finite element model of a human mandible containing endosseous dental implants. II. Variables affecting the predictive behavior of a finite element model of a human mandible”, J. Biomed. Mater. Res., vol. 80, no. 1, pp. 247—256, 2007.
13. ANSYS, Inc. Theory Reference. Canonsburg, 2004, 1067 p.
14. Макєєв В.Ф., Шибінський В.Я. Особливості розподілу силових навантажень на суглобові головки нижньої щелепи під дією жувального навантаження в модельному експерименті // Новини стоматології. — 2007. — № 2. — С. 40—43.
15. P.H. van Spronsen et al., “Relationships between the orientation and moment arms of the human jaw muscles and normal craniofacial morphology”, Europ. J. Orthod., vol. 19, pp. 313—328, 1997.
16. Теорія пружності. Ч. 1: Підручник / А.Є. Бабенко, М.І. Бобир, С.Л. Бойко, О.О. Боронко. — К.: Основа, 2009. — 244 с.
17. Кнетс И.В., Пфафрод Г.Ю., Саулгозис Ю.И. Деформирование и разрушение твердых биологических тканей. — Рига: Зинатне, 1980. — 319 с.

Текст статтіРозмір
2012-6-10.pdf355.52 КБ

Тематичні розділи журналу

,