犬の頭蓋骨の3次元有限要素モデリングによる初期整形外科的変位のシミュレーション

Three-dimensional finite element modelling of a dog skull for the simulation of initial orthopaedic displacements.

• V Verrue
• L Dermaut
• B Verhegghe

抄録

有限要素プロセッサ「Patran」を使用して55枚の前頭断層画像（CTスキャン）から、犬の頭蓋骨の3次元有限要素モデル（FEM）を構築しました。モデルは、整形外科的な負荷の下で骨の変位を計算するために使用されました。これは、頭蓋骨の複雑な解剖学の良い表現が必要でした。皮質と海綿骨、歯、アクリルと縫合糸：5つの異なるエンティティが区別された。最初のモデルは、3つの縫合糸を含む3007要素と5323ノードで構成されており、2番目のモデルは、18の縫合糸を含む3579要素と6859ノードで構成されています。FEMの構築に先立ち、同じ犬を用いたin vivo試験を実施した。上顎の初期整形外科的変位は、レーザースペックル干渉法を用いて測定しました。同じ荷重条件で、2回目のFEMを用いて上顎の骨変位を計算し、その結果をin vivoでの測定値と比較しました。その結果、口腔外力による整形外科的効果をシミュレートするために構築したFEMの値は、in vivoで測定した初期変位と比較して、頸部牽引では高い値を示し、前部牽引では許容できる値を示した。

From 55 frontal tomograms (CT-scans) using the 'Patran' finite element processor, a three-dimensional finite element model (FEM) of a dog skull was constructed. The model was used to calculate bone displacements under orthopaedic loads. This required good representation of the complex anatomy of the skull. Five different entities were distinguished: cortical and cancellous bone, teeth, acrylic and sutures. The first model consisted of 3007 elements and 5323 nodes, including three sutures, and the second model 3579 elements and 6859 nodes, including 18 sutures. Prior to construction of the FEM, an in vivo study was undertaken using the same dog. The initial orthopaedic displacements of the maxilla were measured using laser speckle interferometry. Under the same loading conditions, using the second FEM, bone displacements of the maxilla were calculated and the results were compared with the in vivo measurements. Compared with the initial displacement measured in vivo, the value of the constructed FEM to simulate the orthopaedic effect of extra-oral force application was high for cervical traction and acceptable for anterior traction.