1、頜面部位置暴露，戰(zhàn)時(shí)防護(hù)薄弱，和平時(shí)也是暴力、自傷的重點(diǎn)部位，在全身火器傷的發(fā)生中，頜面部火器傷所占比例較大。因此，頜面部火器傷的救治是頜面部乃至全身創(chuàng)傷救治中的重點(diǎn)問(wèn)題。目前用于創(chuàng)傷彈道學(xué)研究的頜面部傳統(tǒng)火器傷模型仍然以動(dòng)物模型為主，輔以尸體及人工材料模型。然而，由于可重復(fù)性差以及目前陪受關(guān)注的醫(yī)學(xué)倫理方面的原因，動(dòng)物及尸體模型的應(yīng)用受到很大限制。人工材料模型雖然具有與人體組織相近的生物力學(xué)性質(zhì)。但其制作成本高，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)。隨著社會(huì)和科學(xué)

2、技術(shù)的發(fā)展，這些模型已越來(lái)越顯露出其局限性，因此，我們需要采用新的方法來(lái)建立更加理想的致傷模型。
　　 有限元法又稱有限元分析法（Finite Element Analysis，F(xiàn)EA）或有限元素法（FiniteElement Method，F(xiàn)EM），是在工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的數(shù)理方法。有限元法的基本原理是把整個(gè)結(jié)構(gòu)看作由有限個(gè)細(xì)小單元組合而成的實(shí)體，整體的力學(xué)特性是由每個(gè)個(gè)體單元的力學(xué)特征疊加整合后反映出來(lái)，最常用于解決復(fù)

3、雜的工程學(xué)問(wèn)題，目前已廣泛應(yīng)用于生物力學(xué)研究中。
　　 有限元法能夠分析物體內(nèi)及物體間的復(fù)雜力學(xué)過(guò)程，預(yù)測(cè)力學(xué)作用產(chǎn)生的效應(yīng)（如模型的應(yīng)力、應(yīng)變、形狀、溫度等的變化），并且能夠在電腦上直觀顯示或輸出計(jì)算結(jié)果以供分析，具有可重復(fù)性好、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、實(shí)驗(yàn)條件易控制等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的火器傷模型在致傷過(guò)程研究中的不足。因此，有限元法的運(yùn)用將有助于頜面部火器傷致傷機(jī)理的深入研究，并能為頜面部火器傷致傷部位傷情的快速判斷、火器傷的迅速救

4、治、戰(zhàn)時(shí)的防護(hù)以及評(píng)估投射物致傷效應(yīng)等等提供新的思路和方法。
　　 本研究以前期建立的豬下頜骨火器傷有限元模型為基礎(chǔ)，采用經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的有限元模型內(nèi)置參數(shù)，建立了可視化數(shù)字人上、下頜骨火器傷三維有限元模型，用有限元方法動(dòng)態(tài)模擬不同投射條件下投射物侵徹人上、下頜骨的過(guò)程，并對(duì)人上、下頜骨火器傷的生物力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了初步探討。
　　 研究方法和結(jié)果：
　　 1．將中國(guó)可視化數(shù)字人（Chinese Visible Hu

5、man, CVH）頭面部計(jì)算機(jī)X 射線斷層掃描（Computed Tomography，CT）數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIMICS 軟件中，經(jīng)過(guò)三維圖像獲取、實(shí)體模型重建后得到人上、下頜骨面網(wǎng)格模型；將上、下頜骨面網(wǎng)格模型導(dǎo)入ANSA 軟件中，采用六面體單元與五面體及四面體單元結(jié)合的方式建立人上、下頜骨火器傷三維有限元模型。建立的人上頜骨三維有限元模型的單元數(shù)為372501，節(jié)點(diǎn)數(shù)為751410；下頜骨三維有限元模型的單元數(shù)為275216，節(jié)點(diǎn)數(shù)為13

6、87101，所有單元均為實(shí)體單元。結(jié)果表明，該模型網(wǎng)格劃分合理，單元質(zhì)量好，與真實(shí)標(biāo)本的幾何外形相似程度高，細(xì)節(jié)損失小。
　　 2．在前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)建模的基礎(chǔ)上，選擇適合的材料模型、生物力學(xué)參數(shù)、邊界條件及接觸算法，對(duì)所建立的人下頜骨火器傷三維有限元模型加載不同的入射條件（兩種投射物、兩個(gè)投射部位、三個(gè)入射角度及三種入射初速度），在LS-DYNA 軟件中進(jìn)行仿真計(jì)算，動(dòng)態(tài)模擬人下頜骨火器傷的致傷過(guò)程、應(yīng)力傳導(dǎo)及分布的情況。結(jié)果表明

7、，本研究所建立的人下頜骨火器傷三維有限元模型幾乎全采用六面體單元建模，滿足了多個(gè)投射物多角度多部位打擊下頜骨的研究需要，并提高了計(jì)算精度。不僅可以動(dòng)態(tài)模擬不同入射條件下，下頜骨受打擊的過(guò)程及損傷的嚴(yán)重程度，還可以觀察投射物的運(yùn)行軌跡及比較其投射效率；并且，通過(guò)對(duì)應(yīng)力的計(jì)算，還可以動(dòng)態(tài)模擬火器傷過(guò)程中應(yīng)力在下頜骨中傳導(dǎo)的方式及各部位應(yīng)力隨時(shí)間分布的情況。
　　 3．采用與下頜骨相同的材料模型、生物力學(xué)參數(shù)及接觸算法，設(shè)定適合的邊界

8、條件，對(duì)所建立的人上頜骨火器傷三維有限元模型加載不同的入射條件（一個(gè)入射角度、兩種投射物、兩個(gè)投射部位及三種入射初速度），在LS-DYNA 軟件中進(jìn)行仿真計(jì)算，動(dòng)態(tài)模擬人上頜骨火器傷的致傷過(guò)程、應(yīng)力傳導(dǎo)及分布的情況。結(jié)果表明，本研究所建立的人上頜骨火器傷三維有限元模型采用四面體單元、五面體單元與六面體單元結(jié)合的方式建立人上頜骨三維有限元模型，在兼顧了計(jì)算效率和計(jì)算精度的基礎(chǔ)上，降低了建模成本及運(yùn)算時(shí)間，可以動(dòng)態(tài)模擬不同入射條件下上頜骨受

9、打擊的過(guò)程及損傷的嚴(yán)重程度，還可以動(dòng)態(tài)模擬火器傷過(guò)程中應(yīng)力在上頜骨及顱底中傳導(dǎo)的方式及各部位應(yīng)力分布隨時(shí)間的變化情況。
　　 結(jié)論：
　　 1．成功建立了人上、下頜骨火器傷三維有限元模型，該模型細(xì)節(jié)部分網(wǎng)格劃分十分理想，細(xì)節(jié)損失小，幾何相似程度高；各項(xiàng)網(wǎng)格單元質(zhì)量檢查結(jié)果均達(dá)到設(shè)定的檢查標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)格單元尺寸較均勻；裝配后的上、下頜骨火器傷有限元模型符合動(dòng)態(tài)模擬要求。
　　 2．在以下頜角及頦部正中為入射點(diǎn)，且入射角

10、度限定在45°至90°之間時(shí)，下頜骨火器傷的致傷特點(diǎn)是：1）、入射角度越小，下頜骨受損傷的程度越重，投射物的致傷效率也越高；2）、入射初速度越大，下頜骨受損傷的程度越重，但投射物的致傷效率卻越低；3）、鋼珠的致傷效率遠(yuǎn)高于子彈，而子彈對(duì)下頜骨的損傷程度可能在大多數(shù)情況下均大于鋼珠，但在入射角度接近于90°時(shí)，隨著入射初速度的增加，鋼珠對(duì)下頜骨的損傷程度可能大于子彈；4）、投射物在下頜角部位入射時(shí)對(duì)下頜骨造成的損傷程度及致傷效率均大于頦部

11、正中入射；5）、在下頜骨的火器傷發(fā)生時(shí)，擊入側(cè)髁狀突頸部發(fā)生骨折的可能性較大；6）、距離下頜骨傷道越近，應(yīng)力在該部位分布越集中。
　　 3．在以上頜骨側(cè)面的前點(diǎn)及后點(diǎn)入射，且入射角度與矢狀面垂直時(shí)，上頜骨火器傷的致傷特點(diǎn)是：1）、在上頜骨前點(diǎn)入射時(shí)投射物對(duì)上頜骨造成的損傷及致傷效率略大于上頜骨后點(diǎn)入射；2）、入射初速度越大，上頜骨受損傷的程度越重，但投射物的致傷效率卻越低；3）、子彈對(duì)上頜骨造成的損傷大于鋼珠，但其致傷效率卻小于