高能爆炸性武器在现代战争中广泛应用,而颌面部由于位置突出且缺乏防护,导致颌面部爆炸伤在全身爆炸伤中比例较高。颌面部爆炸伤救治困难,致伤及致死率较高,因此建立人颌面部软硬组织爆炸伤模型以及系统分析颌面部爆炸伤致伤机制、损伤特点以及防护、救治要点对颌面部战创伤研究具有重要意义。三维有限元方法(Three-dimensional finite element method,FEM)能够分析作用物体间及物体内部的复杂力学变化过程,预测力学作用的效应,是颌面部爆炸伤仿真模拟研究的重要方法。但该方法在爆炸冲击波致伤颌面部软硬组织研究中具有一定局限性,表现为模拟仿真失效和变形。而光滑粒子动力学方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是是一种无网格仿真研究方法,可弥补三维有限元研究的不足。在战场环境下,现代作战防护头面盔具有防弹、防爆功能,对颅颌面爆炸伤具有重要防护作用。对作战防护头面盔在爆炸伤条件下防护能力的生物力学仿真研究,对于进一步认识头面盔对颌面部的保护机制,了解保护的局限性,如何进一步改进并提高防护效果均有重要意义。因此本研究的目的是:1、建立人颌面部软硬组组爆炸伤三维有限元模型,分析人下颌软硬组织爆炸伤致伤过程及生物力学特点;2、分析SPH方法在人颌面部软硬组织爆炸伤研究中应用,为颌面部软硬组织爆炸伤模型研究提供新方法;3、研究现代作战防护头面盔对颌面部软硬组织爆炸伤的防护作用及其作用机制。研究方法和结果:1、通过人颌面部CT和MRI数据建立包含人下颌骨骨皮质、骨松质,皮肤,咬肌的FEM模型,将该模型导入有限元前处理软件ANSA中,采用四面体与六面体单元格结合方式建立人下颌软硬组织爆炸伤三维有限元模型,该模型包含单元格数为1238910,节点数为1176338。结果表明:建立的人下颌软硬组织爆炸伤FEM模型与真实人颌面部解剖结构相似,细节损失小,有限元单元格划分合理,能够满足人下颌软硬组织爆炸伤生物力学研究。2、将建立的人下颌软硬组织爆炸伤FEM模型进行材料参数设定、力学载荷和边界加载条件设定,模拟不同TNT炸药(600mg,800mg,1000mg)与不同爆炸伤距离(3cm,5cm,10cm)共9组爆炸致伤人下颌角的皮肤、咬肌、下颌骨的动态损伤过程。结果表明:采用的有限元研究方法合理、可靠,对颌面部爆炸伤损伤过程有较好的预测性,能满足对颌面部软硬组织爆炸伤生物力学深入分析。3、通过三维有限元仿真结果对人颌面部软硬组织爆炸伤仿真过程,Von Mises应力、有效应变进行系统分析。结果显示:(1)Von Mises应力、应变可以作为评判下颌骨损伤严重程度的指标,可分析皮肤、肌肉软组织爆炸伤后组织坏死面积,从而指导软组织初期清创。(2)在相同致伤条件下,爆炸冲击波对下颌骨损伤程度较皮肤、肌肉软组损伤程度严重(3)爆炸冲击波除造成爆炸目标下颌角骨折外,应力还可以传导到下颌骨髁状突、乙状切迹区域,导致这些部位形成高应力、高应变区域,从而形成骨折。4、通过SPH方法建立人下颌骨硬组织、咬肌软组织的爆炸伤三维模型,研究该模型对颌面部软硬组织爆炸伤仿真的有效性。结果显示:该模型结构与人解剖结构相似,细节损失少,仿真结果与三维有限元结果接近,SPH方法在研究颌面部软硬组织爆炸伤中对求解组织大变形、裂纹扩展、爆炸冲击等方面相对于有限元研究具有显著优势。5、通过三维有限元方法成功建立了我军最新的QGF11作战防护头面盔模型,该模型包含盔体、柔性内衬、系带的结构,并与人颌面部软硬组织爆炸伤模型进行装配,从而得到了作战头面盔颌面部软硬组织爆炸伤模型。研究结果:该模型与真实作战头面盔结构相似,细节损失少,可用于研究作战头面盔对颌面部软硬组织爆炸伤防护研究。6、将建立的作战头面盔人下颌软硬组织爆炸伤三维有限元模型进行材料参数设定、力学载荷和边界加载条件设定,模拟TNT炸药1000mg对不同爆炸距离(3cm,5cm,10cm)人下颌角的皮肤、咬肌、下颌骨的动态损伤过程,及应力应变分析。结果显示:佩戴QGF11防护头面盔后其下颌角区软硬组织爆炸伤损伤程度减轻,尤其在致伤条件为5cm-1000mg实验组表现最为显著,该研究结果可用于指导现代作战头面盔的改进,从而增加其对颌面部软硬组织爆炸伤的防护。结论:1、建立人颌面部软硬组组爆炸伤FEM模型,可以用于对颌面部软硬组织爆炸伤致伤过程及生物力学分析,该模型可用于指导颌面部软硬组织爆炸伤救治与防护;2、SPH研究方法在研究颌面部软硬组织爆炸伤中相对于有限元研究方法具有显著优势,可为研究颌面部爆炸伤模型提供新方法;3、现代作战防护头面盔对颌面部软硬组织爆炸伤具有一定的防护作用,但对颌面部暴露部位保护作用较弱,该研究结果可用于指导现代作战头面盔的改进,从而增加其对颌面部软硬组织爆炸伤的防护。