不完全腭裂咽腔三维有限元模型的建立

doi:10.19439/j.sjos.2018.06.006

上海口腔医学 ›› 2018, Vol. 27 ›› Issue (6): 591-595.doi: 10.19439/j.sjos.2018.06.006

不完全腭裂咽腔三维有限元模型的建立

顾美珍^1,2, 徐宏鸣², 陈芳², 李晓艳², 蒋钰钢³, 李克勇¹

1.南京医科大学附属上海一院临床医学院耳鼻咽喉-头颈外科,上海 200080;
2.上海交通大学附属儿童医院耳鼻咽喉-头颈外科,上海 200062;
3.山东交通学院工程机械学院,山东济南 250357

收稿日期:2018-04-02 出版日期:2018-12-25 发布日期:2019-01-11
通讯作者: 李克勇,E-mail:likeyong5@126.com
作者简介:顾美珍（1975-）,女,硕士,副主任医师,E-mail:gmzabc@163.com

Establishment of pharyngeal 3-dimensional finite element model of patients with isolated cleft palate

GU Mei-zhen^1,2, XU Hong-ming², CHEN Fang², LI Xiao-yan², JIANG Yu-gang³, LI Ke-yong¹

1. Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Shanghai General Hospital of Nanjing Medical University. Shanghai 200080;
2. Department of Otorhinolaryngology and Head and Neck Surgery, Shanghai Children's Hospital, Shanghai Jiao Tong University. Shanghai 200062;
3. Shandong JiaoTong University, School of Mechanical Engineering. Jinan 250357, Shandong Province, China

Received:2018-04-02 Online:2018-12-25 Published:2019-01-11
Supported by:
上海交通大学医工交叉基金（YG2017MS36）; 上海市卫计委青年项目（20144Y0260）

摘要/Abstract

摘要： 目的: 通过建立适合生物力学分析的不完全腭裂患者咽腔有限元模型,用于腭裂术前评估,为后续腭裂术式的设计和选择提供理论依据。方法: 对1例不完全腭裂患儿和1例正常儿童进行头颅多层螺旋CT扫描,将所得的腭平面咽腔结构的图像扫描数据导入Mimics软件中,进行三维几何模型重建,并进行网格划分。采用有限元方法对咽腔结构在正常生理载荷,即分别在2个模型的软腭后缘施加5 cm水柱的压强载荷0.0005 MPa,比较常态与病态结构中力学性质的差异。结果: 非正常的鼻咽腔模型在受力过程中的最大应力约为0.025 MPa,大于正常模型的应力数值（0.017 MPa）。分别提取、比较2个模型的软腭后缘、腭中部和硬腭前端的应力数值,发现软腭后缘及腭中部的应力变化区域相同,硬腭前缘应力较小。结论: 具有良好几何相似性及生物力学特性的有限元模型,可用于不完全腭裂患儿术前生物力学分析,为手术修复及功能重建提供较理想的生物力学模型预测。

关键词: 不完全腭裂, 咽腔, 三维模型重建, 有限元分析

Abstract: PURPOSE: The aim of this study was to provide basis for future design and selection of cleft palate surgery through establishing finite element model of pharyngeal cavity which was suitable for biomechanical analysis. METHODS: One patient with isolated cleft palate and 1 normal child underwent multilayer head CT examination. The scanned data of pharyngeal cavity were imported into Mimics software for a 3-D geometric model reconstruction. The model was divided into a grid, so it can be further processed for subsequent finite element analysis. RESULTS: After applying 5cm water column pressure load of 0.0005 MPa at the back edge of the soft palate in the two models respectively, the results showed that the maximum stress of the abnormal nasopharyngeal cavity model was 0.025 MPa, greater than the normal model (0.017 MPa). The same pressure loading was applied to different parts of the two models, the stress change area in the posterior margin of the soft palate and the middle of the palate was the same, and the stress in the front of the hard palate was smaller. CONCLUSIONS: Finite element model has good biomechanical characteristics and geometric similarity. It can be used in isolated cleft palate with preoperative biomechanical analysis, for repairing and functional reconstructive surgery to provide ideal biomechanical model predicts.

Key words: Isolated cleft palate, Pharynx, Three-dimensional recon-struction, Finite element analysis

中图分类号:

R782.2

顾美珍, 徐宏鸣, 陈芳, 李晓艳, 蒋钰钢, 李克勇. 不完全腭裂咽腔三维有限元模型的建立[J]. 上海口腔医学, 2018, 27(6): 591-595.

GU Mei-zhen, XU Hong-ming, CHEN Fang, LI Xiao-yan, JIANG Yu-gang, LI Ke-yong. Establishment of pharyngeal 3-dimensional finite element model of patients with isolated cleft palate[J]. Shanghai Journal of Stomatology, 2018, 27(6): 591-595.

参考文献

[1] Rohrich RJ, Love EJ, Byrd HS, et al.Optimal timing of cleft pa-late closure[J]. Plast Reconstr Surg, 2000, 106(2): 413-421.
[2] 石冰. 腭裂整复新方法的创建与应用[J]. 国际口腔医学杂志, 2014, 14(3): 249-254.
[3] Sommerlad BC.A technique for cleft palate repair[J]. Plast Re-constr Surg, 2003, 112(6): 1542-1548.
[4] 鲁勇, 石冰, 郑谦. Sommerlad腭帆提肌重建术后松弛切口情况的研究[J]. 华西口腔医学杂志, 2009, 27(4): 425-429.
[5] Rossell-Perry P, Caceres Nano E, Gavino-Gutierrez AM.Association between palatal index and cleft palate repair outcomes in patients with complete unilateral cleft lip and palate[J]. JAMA Facial Plast Surg, 2014, 16(3): 206-210.
[6] 张馨月, 黄亚奇. 定量研究流体迁移对上气道形态影响的有限元模型方法[J]. 北京生物医学工程, 2014, 33(1): 1-6.
[7] Cheng GC, Koomullil RP, Ito Y, et al.Assessment of surgical ef-fects on patients with obstructive sleep apnea syndrome using compu-tational fluid dynamics simulations[J]. Math Comput Simul, 2014, 106: 44-59.
[8] Pelteret JP, Reddy BD.Development of a computational biomechani-cal model of the human upper-airway soft-tissues toward simulating obstructive sleep apnea[J]. Clin Anat, 2014, 27(2): 182-200.
[9] Huang R, Li X, Rong Q.Control mechanism for the upper airway collapse in patients with obstructive sleep apnea syndrome: a finite element study[J]. Sci China Life Sci, 2013, 56(4): 366-372.
[10] 王卉, 吴涛. Mimics三维重建模型在人体解剖学学习中的应用[J]. 中国医学教育技术, 2012, 26(6): 664-667.
[11] 蔡伟斌, 胡鸿璇, 郭新辉, 等. 锁定加压钢板与解剖钢板置入内固定治疗复杂胫骨平台骨折[J]. 中国组织工程研究, 2012, 16(52): 9750-9755.
[12] 赵燕玲, 哈若水, 李松青, 等. 健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型构建[J]. 宁夏医学杂志, 2010, 4(4): 329-331.
[13] Mylavarapu G, Murugappan S, Mihaescu M, et al.Validation of computational fluid dynamics methodology used for human upper air-wayflow simulations[J]. J Biomech, 2009, 42(10): 15533-15539.
[14] 钱玉梅, 陈丽萍, 吴亚东, 等. 人体上呼吸道三维数值模型的建立与气体流场数值模拟分析[J]. 上海口腔医学, 2010, 19(3): 310-314.
[15] Skolnick ML.Velopharyngeal function in cleft palate[J]. Clin Plast Surg, 1975, 2(2): 285-297.
[16] 胥毅,王龚, 石冰. 不完全性腭裂患者咽腔三维分析[J]. 北京口腔医学, 2014, 22(5): 267-271.
[17] 文抑西, 黄威, 虎小毅, 等. 人腭板软组织三维有限元模型的建立[J]. 实用口腔医学杂志, 2014, 30(2): 215-217.
[18] 黄敏方, 周嫣. 正常男性青、老年人上气道结构的矢状面测量分析[J].临床口腔医学杂志, 2002, 18(6): 419-422.
[19] 高萍, 李五一. 多层螺旋CT对阻塞性睡眠呼吸暂停综合征手术前后上气道测量的价值[J]. 中华放射学杂志, 2009, 43(10): 1031-1037.
[20] 李长涛, 高雪梅, 李瑛, 等. OSAHS患者的颅面上气道结构的矢状面测量分析[J]. 实用口腔医学杂志, 2005, 21(4): 460-462.

不完全腭裂咽腔三维有限元模型的建立

Establishment of pharyngeal 3-dimensional finite element model of patients with isolated cleft palate

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[1]	毛懿, 陈旭卓, 覃海艺, 甄锦泽, 邱亚汀, 霍亮, 张善勇. 双侧冠突切除对肋骨-肋软骨移植重建颞下颌关节受力影响的有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2022, 31(2): 126-131.
[2]	高远, 陈杰, 王高琦, 李云凯, 卞翠荣. 种植体-基台连接设计对基台与基台螺丝受力影响的三维有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2021, 30(5): 481-487.
[3]	孟坤, 孙健, 李亚莉, 刘延山, 陈晨, 徐泽先, 孙鸣, 张秀秀, 周东阳. 正颌手术对骨性Ⅲ类错畸形患者语音功能的影响[J]. 上海口腔医学, 2021, 30(4): 394-401.
[4]	邱晓键, 肖善社, 谷雪莲, 朱来宽, 蒋倩. 不同锥度根管锉对根管壁抗折强度的影响[J]. 上海口腔医学, 2020, 29(5): 471-475.
[5]	左书玉, 王璇, 吴海威, 张东升. 不同种植体外形设计对上颌窦提升术后种植体周围应力分布的影响[J]. 上海口腔医学, 2020, 29(4): 355-358.
[6]	韩婧, 解东平, 王慧珊, 周子疌, 刘剑楠. 微型钛板与生物可吸收板在下颌骨骨切开术固定中的应力比较[J]. 上海口腔医学, 2020, 29(3): 237-241.
[7]	王诗哲, 潘晓岗, 周可拓. 拔牙病例隐形矫治器设计的有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2019, 28(3): 264-267.
[8]	朱远兵, 赖光云, 汪俊. 外力方向对防护牙托性能影响的有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2018, 27(6): 574-578.
[9]	王宏伟, 李丽艳, 齐素青, 闫明, 张超, 任素峰, 班建东. 骨性Ⅲ类畸形正颌外科术后咽腔间隙短期及长期影响的锥形束CT分析[J]. 上海口腔医学, 2016, 25(4): 487-491.
[10]	何淞，陈周艳，杨四维，黄跃. 唇舌侧弓丝力学性能差异的三维有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2015, 24(6): 660-666.
[11]	马嘉, 阎秀林. 双侧下颌支矢状劈开截骨术后咽腔气道的变化[J]. 上海口腔医学, 2015, 24(5): 425-428.
[12]	董晶,张哲湛,周国良. 上颌第一磨牙远中移动时牙周膜应力分布的非线性三维有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2015, 24(3): 315-320.
[13]	韩丽会,邱晓霞,邢旭娜,蔡留意. 上颌前牙区种植方案中角度设计的三维有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2015, 24(2): 157-163.
[14]	张珑,逯宜,杨柏松,郭妍,李芳萍. 不同大小MO洞型复合树脂嵌体修复应力分布的有限元分析[J]. 上海口腔医学, 2015, 24(2): 170-176.
[15]	肖文林, 袁聪, 石冰. Sommerlad腭帆提肌重建术后腭长度的变化[J]. 上海口腔医学, 2014, 23(6): 718-721.