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猪颌面部复合组织高速破片伤致伤机理的有限元研究

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猪颌面部复合组织高速破片伤致伤机理的有限元研究

作者：王敬夫中国人民解放军空军军医大学

学位级别：硕士

破片伤是指爆炸性武器在爆炸时产生的投射物击中机体后产生挤压、撕裂、震荡以及瞬时空腔效应等对机体结构和功能造成的损伤。随着现代战争模式的改变,由爆炸性武器产生的高速破片已经成为造成参战人员和战区平民伤亡的最主要因素。以... 详细信息

破片伤是指爆炸性武器在爆炸时产生的投射物击中机体后产生挤压、撕裂、震荡以及瞬时空腔效应等对机体结构和功能造成的损伤。随着现代战争模式的改变,由爆炸性武器产生的高速破片已经成为造成参战人员和战区平民伤亡的最主要因素。以往研究高速破片创伤弹道学特点的方法主要依赖于采用生物组织模拟靶材料和在实验动物体内布置测量仪器等,其局限性在于实验成本较高、测量位点及方向有限、数据采集困难以及动物伦理学争议,大大限制了对高速破片致伤机制的深入研究。本实验基于一种新型的动力加载平台,采用形态优化的标准化破片对实验猪下颌部致伤,利用有限元数字模拟技术对猪下颌复合组织高速破片伤进行动态仿真,模拟不同致伤条件下其动态损伤过程,并将数值模拟结果与动物实验实测数据进行对比分析,以建立科学性、可靠性、经济性俱佳的标准化颌面部高速破片伤有限元模型。本研究将应用有限元分析的方法,建立具备高速破片的致伤因素的颌骨高速破片伤的数字化模型并进行动态模拟,研究其生物力学特征,使其更接近于真实致伤情况,有利于更准确的分析致伤机制和伤情特点,为高速破片伤的模拟实验进一步提供计算机模拟模型。实验方法:实验首先利用CT三维扫描技术对新鲜离体猪头进行扫描,获取新鲜离体猪头的原始影像学数据,再将数据在医学图像控制软件MIMICS中进行编辑,精确选取实验所需区域,对该区域进行优化处理并进行三维重建。随后在有限元前处理软件中对三维几何模型进行有限元前处理,对模型进行实体化并划分网格,形成了猪头部实体化模型。运用二级轻气炮加载圆柱状破片对新鲜离体猪头进行毁伤,通过控制加载装置设定不同速度的破片进行实验,并测量碰撞时下颌角区加速度与髁突部应变等生物力学数据。以相同的致伤条件在有限元软件中对毁伤过程进行模拟,采集生物力学数据并与毁伤实验所得数据进行对比验证。实验结果:实验一:本实验首先通过薄层CT对新鲜离体猪头进行扫描,利用MIMICS软件将猪头部CT数据中的猪下颌复合组织分离出来并进行了三维重建,生成了猪下颌复合组织三维模型,该模型尺寸与实物标本接近,解剖结构清晰,模型外形光滑,无严重畸变,细节保存完好。实验二:高速度破片击中新鲜离体猪头下颌后可见破片均未穿透猪头,在软组织表面形成近似圆形伤道,直径大于圆柱状破片直径,伤道大致呈圆柱状,伤口周围可见烧伤样改变。位于下颌角区的加速度测试仪未发生松动、脱落。位于下颌升支应变片粘贴牢固,无松动,导线完整性良好,无折断、损坏。三维重建下颌骨后显示骨损伤均呈入口小出口大,无论入口与出口外形均为不规则形态,破片残留于对侧颌骨骨组织内。实验三:通过有限元动态仿真高速破片击中猪下颌复合组织过程,碰撞过程与毁伤实验相似,对比实验与模拟骨损伤面积,无论伤道入口还是出口实验损伤面积均较模拟较大。对比加速度波形图可知,在入射方向上加速度峰值实验与仿真仍有一定差距,但是波形以及趋势拟合度较好,都为碰撞起始时短时间内产生巨大加速度,沿入射方向来回波动并逐渐衰减。实验结论:1、通过薄层CT对动物标本进行扫描利用医学影像软件直接进行三维重建并实体化所得到的模型外形逼真、结构清晰,同时提高了建模速度与建模精确性。2、通过二级轻气炮加载破片对新鲜离体猪头进行毁伤,准确测得各项生物力学数据,准确性较高,可为颌面部高速破片伤有限元模型的建立打下坚实基础。3、本研究在建模时将软组织材料与骨组织相复合,实现了高速破片毁伤生物体动态过程的仿真,且符合性较好、真实性较高。

关键词：战创伤破片伤生物力学有限元

环介导等温扩增技术结合视觉图像系统检测变异链球菌的效果评价

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实用口腔医学杂志 2023年第1期39卷 40-44页

作者：王敬夫王敬依常欣刘洋北部战区总医院口腔科沈阳110000 空军军医大学沈阳农业大学信息与电气工程学院辽宁省军区沈阳第九离职干部休养所联勤保障部队第九〇一医院耳鼻咽喉头颈外科

目的:利用环介导等温扩增技术(LAMP)与视觉图像系统相结合的方法对变异链球菌进行定量检测,探讨其检测效果。方法:利用环介导等温扩增技术对变异链球菌进行扩增,搭建视觉图像系统实现实验结果定量测定,建立细菌浓度与实验结果的函数关... 详细信息

目的:利用环介导等温扩增技术(LAMP)与视觉图像系统相结合的方法对变异链球菌进行定量检测,探讨其检测效果。方法:利用环介导等温扩增技术对变异链球菌进行扩增,搭建视觉图像系统实现实验结果定量测定,建立细菌浓度与实验结果的函数关系。结果:使用LAMP对2.2~2.2×10^(6)CFU/mL浓度的变异链球菌进行检测,检测下限达到2.2 CFU/mL。并使用视觉图像系统对检测结果进行采集、识别并结果进行了量化,量化的结果与细菌浓度呈良好线性关系。结论:LAMP与视觉图像系统相结合的方式可为椅旁变异链球菌的快速检测提供新途径。

关键词：变异链球菌环介导等温扩增 Lab值效果评价

高速破片冲击猪下颌骨对颞下颌关节损伤机制的研究

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实用口腔医学杂志 2017年第3期33卷 312-315页

作者：贾骏麒王敬夫赵铱民田磊马秦军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院颌面外科西安710032 军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院颌修复科西安710032

目的:研究不同速度的破片冲击猪下颌骨对其颞下颌关节损伤的力学机制。方法:采用离体新鲜猪头12只,分为3组(n=4),分别用1 g圆柱形破片在900、1 200、1 500 m/s下对其右侧下颌角部进行冲击,测量双侧下颌角部、额部的加速度和双侧髁突颈... 详细信息

目的:研究不同速度的破片冲击猪下颌骨对其颞下颌关节损伤的力学机制。方法:采用离体新鲜猪头12只,分为3组(n=4),分别用1 g圆柱形破片在900、1 200、1 500 m/s下对其右侧下颌角部进行冲击,测量双侧下颌角部、额部的加速度和双侧髁突颈部应变的数据,分析各部位的受力特点。结果:迎弹侧、对侧和颅部加速度之间的比值在低速组为8∶1.9∶1,在中速组约为9.9∶2∶1,在高速组约为10.2∶2∶1。迎弹侧和对侧髁状突颈部应变的比值在低速组约为2.87,在中速组约为2.43,在高速组约为1.70。结论:在下颌骨受到来自侧向的高速破片冲击时,引起髁突颈部线性骨折的侧向力和关节窝损伤的轴向力主要作用在迎弹侧,在对侧也未大量衰减。

关键词：破片速度力学颞下颌关节加速度应变

69例中老年人群切牙管形态学特征的CBCT测量分析

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中国口腔颌面外科杂志 2024年第4期22卷 385-389页

作者：王敬夫张宁杨勇张巍瀚常欣北部战区总医院口腔科辽宁沈阳110000 辽宁省军区沈阳第九离职干部休养所辽宁沈阳110098

目的:使用CBCT对中老年人群切牙管的相关形态学参数进行测量,分析切牙管位置与形态的增龄性变化,探讨切牙管与周围解剖结构之间的相对位置关系,为该人群的前牙种植美学修复设计提供参考。方法:对69例50岁以上患者的CBCT资料进行测量,项... 详细信息

目的:使用CBCT对中老年人群切牙管的相关形态学参数进行测量,分析切牙管位置与形态的增龄性变化,探讨切牙管与周围解剖结构之间的相对位置关系,为该人群的前牙种植美学修复设计提供参考。方法:对69例50岁以上患者的CBCT资料进行测量,项目包括冠状面上位于切牙管切牙孔(WIF)、中位(Wm)和斯坦森孔(WSF)处的切牙管宽度,矢状面切牙管长轴上的切牙孔(DIF)、中位(Dm)和斯坦森孔(DSF)处的切牙管直径,唇侧的骨最凹处到切牙管前壁的距离(A),以及牙槽嵴顶到A处的距离(B)。根据患者性别、是否缺失上前牙进行分组,采用SPSS 19.0软件包对数据进行统计学分析。结果:切牙管平均宽度(W)为(3.93±0.83)mm,平均直径(D)为(3.03±0.83)mm;唇侧骨最凹处到切牙管前壁的距离(A)平均为(6.15±1.53)mm,牙槽嵴顶到A处的距离(B)平均为(11.98±2.50)mm。男性组的DIF[(3.61±0.79) mm]高于女性组[(3.14±0.94)mm],男性组的DSF[(2.96±1.22)mm]高于女性组[(2.31±0.92)mm],男性组的A值[(6.76±1.43)mm]高于女性组[(5.48±1.36)mm],牙缺失组的A值[(5.73±1.55)mm]低于无牙缺失组[(6.41±1.48)mm],牙缺失组的B值[(10.73±2.64)mm]低于无牙缺失组[(12.78±2.06)mm],差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论:性别对切牙管的直径、牙槽嵴厚度有影响,上前牙是否缺失对牙槽嵴高度有影响。在中老年前牙缺失患者中,需要更精确地控制种植方向与深度。

关键词：切牙管 CBCT 牙种植牙槽嵴厚度牙槽嵴高度

猪颌面软硬复合组织破片伤有限元模型的建立与与有效性分析

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实用口腔医学杂志 2018年第1期34卷 16-20页

作者：王敬夫贾骏麒田磊李进钱秉文何黎升军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院口腔颌面外科西安710032 西北核技术研究所

目的:建立猪下颌复合组织破片伤三维有限元模型,并验证该数字化模型的有效性。方法:通过拍摄三维CT获取猪颌面部复合组织数字化信息,在Mimics 15.0中进行三维重建;设计直径与高度同为5.5 mm的圆柱体破片为致伤物,在有限元分析软件中加... 详细信息

目的:建立猪下颌复合组织破片伤三维有限元模型,并验证该数字化模型的有效性。方法:通过拍摄三维CT获取猪颌面部复合组织数字化信息,在Mimics 15.0中进行三维重建;设计直径与高度同为5.5 mm的圆柱体破片为致伤物,在有限元分析软件中加载加速度为831、1 120、1 536 m/s的破片撞击猪右侧下颌角区,模拟致伤过程和损伤的结果。同时采用二级轻气炮发射同形态30CrMnSi合金破片致伤离体猪头下颌角区,测量实际损态、面积和致伤时颌骨加速度,与数值模拟结果进行对比验证。结果:当破片速度分别为831、1 120、1 536 m/s时下颌骨损伤入口面积实验结果比数值模拟分别大13.4%、23.6%和22.3%,出口面积分别大18.7%、23.0%和26.5%,加速度峰值分别小16.7%、15.3%和14.6%。结论:成功建立了猪下颌复合组织破片伤数字化模型,其伤情数值模拟结果与动物实验结果吻合性较好,具有一定的有效性。

关键词：下颌骨战创伤破片伤生物力学有限元分析(FE)

外科导航技术在创伤性眶壁损伤重建中的应用研究

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实用口腔医学杂志 2019年第1期35卷 37-40页

作者：刘洋宗春琳王敬夫常士平田磊何黎升军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院口腔颌面外科西安710032

目的:评估外科导航技术进行创伤性眶壁损伤重建的效果。方法:纳入20例采用外科导航技术治疗的创伤性眶壁损伤的患者为实验组,20例常规治疗者为对照组。对患者术前术后的眼球突度、眶腔容积、患者满意度等各项指标进行测量,并进行统计分... 详细信息

目的:评估外科导航技术进行创伤性眶壁损伤重建的效果。方法:纳入20例采用外科导航技术治疗的创伤性眶壁损伤的患者为实验组,20例常规治疗者为对照组。对患者术前术后的眼球突度、眶腔容积、患者满意度等各项指标进行测量,并进行统计分析。结果:导航组和对照组术后健患侧眼球突度差值分别为(0. 81±0. 35) mm和(1. 65±0. 37) mm(P <0. 05),眶腔容积差值分别为(0.68±0.29) ml和(0.98±0.22) ml(P <0. 05)导航组健患侧眶腔容积差值较小(P <0. 05),手术时间更短(P <0.05),患者满意度更高(P <0.05)。结论:外科导航技术可明显提高外伤性眶壁损伤重建手术的准确性和术后效果。

关键词：外伤性眶壁损伤外科导航技术眶壁重建

智能化战创伤模拟人在口腔颌面部创伤救治训练中的应用及效果评价

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实用口腔医学杂志 2019年第2期35卷 262-266页

作者：田磊雷德林贾骏麒王敬夫刘义闻孔亮赵铱民军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院口腔颌面外科西安710032 北部战区总医院口腔科

目的:调查研究智能化仿真战创伤模拟人及战场急救训练系统在口腔颌面创伤救治训练中的应用效果。方法:首先,分别将36名军队医学院校本科学员和38名各层次研究生军医学员随机分为2组(n=37),进行颌面部软组织伤的清创、包扎、止血、上颌... 详细信息

目的:调查研究智能化仿真战创伤模拟人及战场急救训练系统在口腔颌面创伤救治训练中的应用效果。方法:首先,分别将36名军队医学院校本科学员和38名各层次研究生军医学员随机分为2组(n=37),进行颌面部软组织伤的清创、包扎、止血、上颌骨骨折悬吊固定以及颌间结扎等训练。其中,实验组采用模拟人系统进行训练,对照组采用传统的教员讲授、示教和学员相互练习的方法进行训练,并采用专家笔试的方法进行考核并记录成绩。此外,分别对受训人员共计74人及教员15人开展问卷调查,并对调查结果进行统计。结果:实验组笔试成绩显著高于对照组(P<0.05);各类人员均对本模拟人系统给予较高评价,认为具有列装必要。结论:本模拟人系统在院校、医院和基层部队等各级人员的口腔颌面部创伤救治训练效果优于传统训练教学。

关键词：模拟人战创伤颌面部急救训练

新型智能战创伤模拟人与急救训练系统在战场急救训练中的应用评价

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实用口腔医学杂志 2019年第2期35卷 205-209页

作者：雷德林王敬夫贾骏麒刘义闻孔亮赵铱民田磊军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心第四军医大学口腔医院口腔颌面外科西安710032 北部战区总医院口腔科

目的:研究新型智能战创伤模拟人与急救训练系统在战场急救训练中的训练效果并评价其实用性。方法:60名军医大学学员随机分2组(n=30),对照组进行理论知识学习,通过传统实践方式学习各单项急救技术。实验组学员进行利用新型智能化仿真战... 详细信息

目的:研究新型智能战创伤模拟人与急救训练系统在战场急救训练中的训练效果并评价其实用性。方法:60名军医大学学员随机分2组(n=30),对照组进行理论知识学习,通过传统实践方式学习各单项急救技术。实验组学员进行利用新型智能化仿真战创伤模拟人进行现场理论学习,同时进行急救技术培训。2周后对2组学员的急救技术水平进行测试并评估训练效果。结果:实验组急救技术操作成绩优于对照组,并在急救意识、综合分析判断能力、团队配合与学习主动性等方面较对照组更佳。结论:新型智能化仿真战创伤模拟人与急救训练系统在战场急救训练中能够有效提高急救技术。

关键词：战创伤战场急救创伤模拟人训练

显微CT评估犬种植体-骨结合率的可行性和有效性研究

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中华口腔医学杂志 2019年第4期54卷 250-256页

作者：柏剑英孟凡辉邵小夕王敬夫张力雒静闫宁陈芳浩张玉梅第四军医大学口腔医学院口腔修复科军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔医学重点实验室西安710032 第四军医大学口腔医学院口腔材料教研室军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心西安710032 第四军医大学口腔医学院口腔颌面外科军事口腔医学国家重点实验室口腔疾病国家临床医学研究中心陕西省口腔疾病临床医学研究中心西安710032

目的探讨显微CT评估犬种植体-骨结合率(bone-implant contact,BIC)的可行性和有效性,为临床和科研提供参考。方法选用纯系健康雄性比格犬6只,拔除下颌双侧第二前磨牙至第一磨牙;自然愈合3个月后每只犬下颌每侧植入4枚种植体。种植术后2... 详细信息

目的探讨显微CT评估犬种植体-骨结合率(bone-implant contact,BIC)的可行性和有效性,为临床和科研提供参考。方法选用纯系健康雄性比格犬6只,拔除下颌双侧第二前磨牙至第一磨牙;自然愈合3个月后每只犬下颌每侧植入4枚种植体。种植术后2、4、8周分别处死2只动物,每个时间点制取16个含种植体的骨样本。先用显微CT扫描骨样本,分别分析每枚种植体表面外延25、50、100μm内的骨量,得到不同检测范围模型(每个时间点48个),并计算BIC,结果计为显微CT25组、显微CT50组、显微CT100组;再将骨样本制成不脱钙磨片(每个骨样本制备3个磨片),使用光学显微镜观察分析BIC(%),结果计为光镜组。对比两种方法的优缺点、检测效率以及BIC的相关性和一致性。结果评估单个骨样本BIC,显微CT法从扫描重建到得出结果耗时约90min,远低于光镜观察法耗时(从磨片制作到得出结果的时间为14d)。术后2、4、8周显微CT法检测范围模型的建模成功率均为100.0%(48/48),总体建模成功率为100.0%(144/144)。术后2、4、8周光镜观察法磨片的制作成功率分别为89.6%(43/48)、93.8%(45/48)和93.8%(45/48),总体磨片制作成功率为92.4%(133/144)。术后2、4、8周显微CT25组BIC均显著小于相同时间点光镜组(P0.05)。显微CT25组、显微CT50组、显微CT100组BIC与光镜组BIC的相关系数r值分别为0.680、0.892和0.713(P均<0.001),误差偏倚分别为-19.4%、-0.9%和3.0%,95%一致性界限内概率均为97.9%(47/48)。结论使用显微CT检测BIC较光镜观察法更快速、简便,且建模成功率更高,检测范围为50μm时显微CT法检测结果与光学观察法一致性较高。

关键词： X线显微体层摄影术牙种植骨整合可行性研究有效性研究