4.4　口腔生物力学研究的方法

研究生物力学的方法、手段很多，用于口腔生物力学研究的方法主要有以下几种。

（1）实验应力分析法：是利用物理模型或实物对构件进行应力、应变和位移的分析，是复合材料力学等基础理论研究的必要手段。实验应力分析法包括电测法、光测法、脆性涂层法和电场比拟法等。

（2）理论应力分析法：是指用材料力学和弹性理论求得应力分布的理论解答。理论应力分析涉及基本物理学法则的运用和一些基本公式，如应力—应变的关系等。理论分析常需进行大量复杂数据的处理，可借助电子计算机寻求数值计算结果，即目前应用的有限单元分析法（finite element analysis），又称有限元法。

4.4.1　有限元分析方法的优点

（1）可用于各种问题的力学研究，所分析的结构可以具有任意的形状。

（2）能计算出模型内任意处的应力值和位移值。(https://www.daowen.com)

（3）可根据需要对模型进行修改，能保证模型和加载条件的同一性。

（4）使用计算机，可以处理庞大的数据，计算结果准确，并能根据程序自动给出应力图，使结果更为直观。

有限元分析方法具有其他研究方法无可比拟的诸多优点，因而在许多研究领域中都得到了广泛的应用。有限元分析法诞生以来，备受各国学者的青睐，在口腔生物力学的研究领域中也得到了广泛的应用。自1973年Thresher首先将有限元分析法应用于口腔医学后，该方法逐渐成为口腔生物力学研究领域中一种有效的分析工具，显示出极大的优越性，为口腔疾病治疗、医疗器械的优化设计等提供了理论依据，而建立高真实度和精确度的三维有限元模型是有限元分析能否实现的关键。近年来随着电子技术的快速发展，工作站的数据处理能力逐渐增强，有限元分析方法在口腔临床医学中得到越来越多的应用[40]。三维有限元法（finite element method，FEM）是应力分析与电脑技术相结合的方法，其建立的模型直观、省时、准确，结论明确[41]。与传统实验应力分析法相比，它具有可信度高、高效、成本低等优点。但是有限元法受诸多因素的影响，这些因素都会导致最终的实验结果出现偏差。模型的相似性就是关键因素之一，建立三维模型能否准确、真实地模拟实验条件直接关系到有限元分析结果的真实可靠。因此，本研究采用这种目前最先进的生物力学研究方法建立健康成人上气道及其周围结构的三维有限元模型，尝试用全新的方法研究OSAHS。我们采用了层厚为0.625 mm的薄层CT连续扫描结合Mimics 13.0、Ansys 8.0软件建模的方法，保证了模型与真实的上气道具有高度的解剖相似性，为模拟准确、真实的实验条件奠定了基础。

4.4.2　三维有限元建模方法及采用CT扫描建模的优点

在口腔医学领域的研究中，常用的三维有限元建模方法有以下几种：（1）CT图像处理法；（2）磨片切片法；（3）3D软件建模法；（4）三维测量法等。3D软件建模法只能应用于结构和形态相对简单的三维有限元模型的建立中，磨片切片法及三维测量法不适用于上气道的三维建模，因此我们采用CT图像处理法。CT扫描建模有很多优点：（1）不损坏模型；（2）适用于任何复杂形态和各种密度的三维结构；（3）扫描间距可以根据需要调节，每个断层面的解剖结构清晰可辨，能较真实地代表原物的结构；（4）实用、简单、快捷、误差小。由于上气道解剖结构非常复杂，我们通过层厚为0.625 mm的薄层CT连续扫描进行重现，保证了模型准确的解剖结构，为模型的几何相似性奠定了基础，而且最大限度地保证了信息的完整，为后期有限元分析奠定了坚实的基础。在数据传输方面，直接将螺旋CT扫描获得的资料通过CT自带的ADW工作站进行数据传输，避免了数据的丢失，保证了模型的可靠性。将CT技术和有限元方法有机地结合起来，应用于三维模型的重建，即CT扫描建模法，其重现的人体组织的形态、结构相似性好，能适应口腔组织结构复杂的要求。