Finite Element Analysis (FEA), temel ilkelere, modellemeye, konuşma ve yüz hareketine ilişkin bir hesaplama mühendisliği yöntemidir -FEA, cerrahi hataların optimizasyonuna ve kişiselleştirilmesine olanak tanır. Bu makale, krianiofacial kemik rekontlarının, implantların ve çevre dokuların fizyolojik yüklere nasıl cevap verdiğini basit bir şekilde ifade eder - temel ilkeleri, modelleme teknikleri, karşılaştırmalı analizleri ve yüzbaşı hareketleri -FEA, klinik faydaları, implant tasarımı ve tıbbi yenilikleri tahmin eder.

Craniofacial Bone Reconstruction

Craniofacial kemik rekontuzu travmadan kaynaklanan yapısal kusurları ele alır (örneğin, kırıklar, silahlar, canlı yapılar), kongenital anomaliler (örneğin, hava yolları), tıkanıklıkları ve fakslar ve çatlakları sağlar ve normal işlevleri ve estetikleri sağlar.

Finite Element Analizinin Temelleri

FEA, son derece küçük, birbirine bağlı elementlerin (mesh) sürekli bir yapıya ayırıyor, süreklilik mekaniğinin yönetim denklemleri, mevcut yük ve sınır kısıtlamaları altında alanları hesaplamak için çözülüyor. Genel iş akışı üç aşamadan oluşur:

  • [FONT:0)Öylegeme[[Dönlendirmeler)[Dönlendirme[Dönlendirmeler, malzeme mülk ataması, ağlama, yük ve sınır koşulu tanımı.
  • [FONT=0) Solution[[Dönemli diferansiyel denklemlerin sistemini çözerek (genellikle Newton-Raphson'u doğrusal olmayan problemler için kullanarak).
  • [FONT:0)Post processing[[[Dönetici: 1)))[Döneticiler ve sonuçların yorumlanması (Von Mises stresi, başlıca stresler, deformasyon, başarısızlık kriterleri).

Çevik uygulamalarda, kemik malzeme davranışı genellikle doğrusal elastik veya elastik-plastik olarak modellenir, trabecular ve kortical kemik yönüne yansıyan aisotropic özelliklerle. Non-linear kontak koşulları implant- Bones ve zaman bağlı viskopitikler ve zaman-tipik vizastik olarak da dahil edilebilir, ancak hesaplama maliyeti artırılır.

Craniofacial Skeleton'un Finite Element Modeli

Görüntü Edinme ve Segmentasyon

Yüksek çözünürlüklü tomografi (CT) veya kone-beam CT taramaları, hastanın krianiofacial iskeletinin üç boyutlu geometrisini sağlar. Threshold- bazlı segmentasyonları yumuşak doku ve havadan incelenen, yüzeysel bir model oluşturabilir.

Meştur ve Element Selection

Segmente göre yüzey, tetrahedral veya hexahedral elementlerden oluşan bir hacimsel örgüye dönüştürülür, ancak ince detaylar için 0,5 mm'den 2 mm'ye kadar karmaşık anatomik şekilleri barındırmak için gereklidir; hexahedral ağlar daha fazla hesaplamalı olarak verimlidir, ancak sofistike bölümlere ihtiyaç duyar.

Malzeme Özellikleri ve Assignment

Bone, CT Hounsfield birimlerinden (HU) kalibre edilen materyal özellikleri tayin edilir. Ortak yaklaşımlar, Ampirik ilişkiler (örneğin, trimoral kemik için) özellikle de mandibüler tarafından belirlenen optik, yüksek çözünürlükte bulunur.

Sınırlama Koşulları ve Yükleniyor

Fiziksel olarak ilgili sınır koşulları, elektromiyografik verilere dayanarak sabit kısıtlamalar içerir: kütleeter, zamansal pterygoid ve daha sonra arka ramus (insanibular için modeller için) veya 800 N (kırıklama) ile 800 N (kırıklama) arasındaki dışsal etkilerden oluşan yan yanar.

Karşılaştırmalı FEA Yeniden Yapı Tekniklerinin Analizi

Autologous Bone Grafts

Autogrets, örneğin, ilçe crest veya fibular ücretsiz fısıtlar gibi, mükemmel osteojenik potansiyel ile yaşamak için kemik sağlar. FEA, mekanik performansın, gret geometrisine, düzeltme yöntemine ve ev sahibi-gresyona karşı en iyi şekilde yük taşıdığını ortaya çıkarır. - mandibular segmental kusurları için, bir fibular gresyonla öncelikle betonu en iyileştirici ve sertleştirici bir şekilde sabitleme olmadan sabitlemeye ihtiyaç duymaz.

Allografts and S Sentetik Bone Substitutes

Allografts (irradiated or decellularized) ve sentetik yedekler (keşitsel çimentolar) koruyucusu olmayan hücrelere ve revaskülerizasyona karşı stres eksikliğini azaltır. FEA, bu materyallerin kemik erimesi sırasındaki elastik olmayanlar arasında stresin daha yüksek olması gerektiğini gösterir. Örneğin, yörüngede bir relfate çimentolar) tekrarlanabilir.

Metalik İmplantlar (Titanium ve Cobalt-Chromium)

Titanyum plakalar ve ağlar yüksek güç ağırlık oranı ve biyokompatlanabilirlik nedeniyle düzeltme için altın standardı olarak kalır. FEA simülasyonlar, ince plakaların (0.5-1.0 mm) stres kalkanı azaltır ve mikro-yoğrulların ikincil kemik iyileşmesi için faydalı olmasına izin verir, ancak kalın plakalar, Ti-64V ⁇ 'nin büyük kusurları için kullanılan özel titanyum implantlar için daha büyük stabilite sağlar.

YüksekPerformance Polimer İmplantları (PEEK, PEKK)

Polyetheretherketone (PEEK) ve polietherketoneketone (PEKK) mekanik bütünlüğü sağlamak için elastik modüllü (3-5 GPa) ek olarak 10) 6[DD][D][D][D][D][B][B][/FONT=C) ile bağlantı kurmada, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bir şekilde yapılır.

Depresyon Osteogenesis

PPV (DO) platomühendisler yeni kemik, osteotomize segmentlerin kademeli olarak ayrılmasıyla bozulmayı reddederler. FEA modelleri, mekanik özellikleri zamanla gelişen yumuşak çağrılayıcı elementlerle (örneğin, Young'ın modeulusları, 0.1 MPa'dan 1 GPa'ye mineralizasyon devam ettiği gibi yükseldi).

FEA'nın Cerrahi Planlaması ve Özel İmplant Tasarımı Faydaları

FEA'nın cerrahi planlama verimlerine entegre edilmesi ölçülebilir klinik avantajlar:

  • [FONT:0]Risk azaltımı[[[Dönetici:0)[[[Dönetici:0))[[[Dönetici: Sanal bir rekontrüksiyon senaryolarının test edilmesi, implant kırıklığı, gevşekleştirme veya bitişik kemik başarısızlığının en mekanik olarak en mekanik olarak en katı seçeneğinin seçilmesine olanak sağlar.
  • [FONT:0)Patient-spitefik optimizasyon[[Dönetici: 1 ) – FEA, implant geometrisinin (toplama, porselen mimarisi, düzeltme vida kalıbı) özelleştirme yöntemine dayanarak, hastanın anatomisine, kemik yoğunlukuna ve beklenen post-surgical yüklemesine olanak tanır.
  • [FONT:0]Redüklenmiş revizyon oranları[[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönemli bir çalışma) - Geleneksel olarak planlanan mandibular yeniden yapılandırmalarını karşılaştırarak, iki yıllık takipte % 40 oranında bir donanım başarısızlık gösterdi (bakınız:2Kim ve al. 2019).
  • [FONT:0]Eğitim aracı[[[DÜT:1) – FEA simülasyonları, sakinleri ve genç cerrahlar biyomekanik ilkeleri temel başarılı rekontrasyon altında, klinik karar verme ile ilgili mühendislik konseptlerini anlamaktadır.

Sınırlamalar ve Zorluklar

Onun gücüne rağmen, FEA biyolojik gerçeklik için mükemmel bir proxy değildir. Anahtar sınırlamaları şunları içerir:

  • [FONT=0) Basitleştirilmiş malzeme modelleri[Dönetici:0)[Dönetici)[değiştir | kaynağı değiştir] - Çoğu çalışma lineer elastik izotropik veya ortootropik davranışı varsayıyor, zamana bağlı kemik yeniden modellemesini görmezden geliyor (Wolff yasası), vielasticity ve hasar birikimi.
  • [FONT:0] Sınır koşullarından yoksundur[Dönem: 1) Kas kuvvetleri, ortak yükler ve şifa oranları bireyler arasında ve zamanla geniş ölçüde değişir. FEA sonuçları bu girdilere karşı hassastır, ancak genellikle ortalama değerlerden tahmin edilirler.
  • [FONT=0]Mesh bağımlılık[[Döntgen: 1)) - element tipi, büyüklüğü ve kalitesi seçimi, özellikle stres konsantrasyon puanlarında 20-50 ile stres boyutunu değiştirebilir. Convergence çalışmaları her zaman rapor edilmez.
  • [FONT=0]Lack of validation[[Dönetici:0)Lack of validation[[Dönetici:0)[Dönetici:0)Lack of validation[[[Dönetici:0))[Dönersiz siteler için geçerli değildir. Birçok çalışma yalnızca yayınlanan verilere veya sentetik phantomlara karşı geçerlidir.
  • [FONT:0)C ⁇ maliyeti[DÜT:1) - Milyonlarca element ve nonlinear temas ile yüksek sadakat modelleri, işlem süresi veya günlerini sınırlayan, bulut bilişim ve GPU hızlandırıcısı ana kadar rutin klinik iş akışlarında kullanımını sınırlandırır.

Bu zorlukların üstesinden gelmek mühendisler, radyologlar ve cerrahlar arasında çok disiplinli bir işbirliği gerektirir ve standart raporlama yönergeleri (örneğin, ASME V&V 40, tıbbi cihazların doğrulama ve geçerliliği için standart).

Future Yol Tarifi

Çok ölçekli ve Multifizik Modeling

Hesaplama gücü ve kurucu modellemedeki ilerlemeler, doku seviyesinde kemik mekaniğinin simulasyonunu sağlayacaktır (collagen fibrils, lamellae) ve organ seviyesi (kimse kafalı dinamikler ile Coupling FEA ile sıvı havalandırma) veya elektrik uyarı (örneğin, sinus havalandırma) veya elektriksel gösterge (örneğin, böpürü) daha bütünsel bir çevre anlayışı sağlayacaktır.

Silico Klinik Denemeler

FEA, genetik kalite, hata geometrisi ve yükleme koşulları ile ilgili geniş sanal hasta koordinasyonunu (Dörtücü) programı () ile uyumlu hale getirmek için düzenleyici bir bilim aracı olarak giderek daha fazla tahmin edilmektedir.

Makine Öğrenme Entegrasyonu

Binlerce FEA'da eğitilmiş Surrogate modelleri, yeni hasta geometrileri için gerçek zamanlı, yakın zamanda tahminler sağlayabilir. Convolutional sinir ağları (CNNs) ameliyat sırasında yeniden inşa edilebilirliği haritaları doğrudan doğruya doğru dağıtımlar, zaman alıcı ağlama ve çözüm adımlarını atarak.

3D Biyoprinting ve Tound Engineering

FEA, poli-lactic-coliglycolic asit (PLGA) veya biyoaktif camın refüzyon ile mekanik desteği dengelemek için mekanik destek sağlar.

Standartlaştırılmış Klinik İş Akışları

Bulut tabanlı FEA platformları daha kullanıcı dostu hale gelirken, cerrahlar rutin olarak CT verilerini yükleyebilir ve saatlerce biyomekanik bir rapor alabilir. Materialisecs Mimi Innovation Suite ve ANSYS SpaceClaim gibi ticari ürünler zaten yarı otomatikleştirilmiş iş akışları sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Finite Element Analizi, çeşitli cerrahi teknikleri ile ilgili olarak, çok boyutlu simülasyon, makine öğrenimi ve silojenler için vazgeçilmez bir bileşene yol açtı.Rezervasyonel analizleri ve fonksiyonel ve estetik sonuçları geliştiren kararlara dayanarak, fonksiyonel ve estetik sonuçları en aza indirmek için, sayısal yöntemlerdeki kısıtlamalar devam ederken, çok boyutlu simülasyon, makine öğrenimi ve siliko denemeleri, tüm yaraları aşmak için söz konusu engellerin üstesinden gelmek için ikna edici bir şekilde tasarlanmıştır.

[[0|kaynaklar ve Okuma[[Dönler: 1)