人体下颌骨有限元网格模型建模过程说明

1模型介绍

         人体下颌骨斜形骨折及固定系统模型：下颌骨在正中联合处成斜形断开，在断面中使用接骨板和螺钉进行固定。

图1  A、B斜形骨折骨折线位置及形状；C断面骨折固定系统；D骨折固定系统示意图

人体下颌骨包括松质骨、密质骨，其中密质骨 需要按照解剖区域分为髁突、喙突、下颌支、下颌角、下颌体、正中联合11个区域。

图2  人体下颌骨各区域划分

2网格划分

2.1 几何模型导入及处理

几何清理。将骨松质和骨密质的几何IGS文件导入到Hypermesh12.0中，用suppress功能将NURBS曲面的边界进行合并，保留骨折线。肌肉和牙列区域的边界。用toggle把自由边界进行缝合，用Filler将缺失的曲面重新填补。

牙列分离。把牙列的曲面move到另一个component里，把牙列和下颌骨分开。再将空洞用曲面拟合上：在牙列与下颌骨分离的边界线上布点node，用2D-spline-surface only拟合出曲面，把该曲面的自由边界用toggle缝合到牙列上，牙列、下颌骨形成封闭的几何体。

图3 用Hypermesh进行牙列分离处理

解剖区域分离。用square在各区域分界线创建平面，用trim将骨松质和骨密质表面切分，形成黄色的共面边界线便于网格的划分。

骨折线及骨痂的建立。同样的方法，用trim和拟合建立。（“原来我的曲面建模是从HM开始……”）

图4 通过骨折线拟合的断面（骨痂）

螺钉孔的建立。用圆柱trim下颌骨。

图5 分离出各解剖区域及螺孔的建立

2.2划分2D网格 

         用automesh-size and bias先对重要区域划分细网格0.5mm，然后对剩余的部分用automesh-surface deviation最大单元尺寸为3mm，最小单元尺寸为0.5mm进行网格划分，生成2D面网格。

图6 划分好的面网格

         用qualityindex检查网格质量并用element optimize优化网格。网格太差不能优化的，删除相关的部分网格，用edit element-create重新画网格，再用automesh-mesh选定重新画的网格自动重生成新的网格。

       检查完单元质量后，先edges –equivalence没有合并的节点，再检查edges-find edges，再处理没有封闭的边。用replace把节点拉到一起，再用edit element-create重新补网格，再用automesh-mesh选定重新画的网格自动重生成新的网格。

       用check elems分别检查各项指标，检查是否满足面网格要求以便于生成好的体网格。检查connectivity，用save failed保存，然后用mask找出该不连续、重合的单元，进行删除处理。

图7 网格质量检查

2.3生成3D网格

用tetramesh生成3D四面体网格。用check elems分别检查3-d各项指标，检查是否满足分析要求。

网格模型完成。

最后设置边界条件，用Abaqus进行求解。