Skip to main content
Erschienen in: Journal of Maxillofacial and Oral Surgery 4/2023

19.08.2023 | ORIGINAL ARTICLE

Stress Propagation in the Craniofacial Skeleton on Frontal Impact—A Virtual Simulation Study

verfasst von: E. S. Shobha, H. P. Raghuveer, Suresh Nagesh, Neha Nainoor, Nithin Shaju, N. S. Punyakoti

Erschienen in: Journal of Maxillofacial and Oral Surgery | Ausgabe 4/2023

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Background

The research paper emphasizes on virtual simulation of craniofacial skeleton to understand its Biomechanics.

Methods

In this study, a 3D finite element model of the skull was created using CT scan data. All complexities of the skull geometry are simulated using ABAQUS software. The model was validated and then, subjected to frontal impact. Energy plots for the same were obtained. Impact analysis was done, and weak areas susceptible to fracture and hence, failure are identified.

Results & Discussion

One of the emerging areas of applications of computational bio-mechanics is to understand the behavior of the skull during a traumatic injury, such as head impact during accidents. Finite element study is one such part where significant amount of research is being carried out to understand and predict the craniofacial injuries. For the head and brain trauma analysis, there are many software packages available, including ANSYS, LS-DYNA and ABAQUS. Research is being carried out towards developing high-fidelity human models, especially of the human skull to understand the bio-mechanical behavior when subjected to external impact. Impact analysis done in our study showed that a small change in impact velocity can result in a large change in damage that can happen.

Conclusion

The study is expected to complement the existing treatment methodologies. Further, appropriate knowledge of fracture biomechanics can be used to design and develop safety measures in automobiles, sport guards, helmets to prevent and reduce facial injuries.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Kelly P, Crawford M, Kelly P, Crawford M, Higuera S, Hollier LH (2005) Two hundred ninety-four consecutive facial fractures in an urban trauma center: lessons learned. Plast Reconstructive Surg 116:42–49CrossRef Kelly P, Crawford M, Kelly P, Crawford M, Higuera S, Hollier LH (2005) Two hundred ninety-four consecutive facial fractures in an urban trauma center: lessons learned. Plast Reconstructive Surg 116:42–49CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Duma SM, Jernigan MV (2003) The effects of airbags on orbital fracture patterns in frontal automobile crashes. Ophth Plast Reconst Surg 19(2):107–111CrossRef Duma SM, Jernigan MV (2003) The effects of airbags on orbital fracture patterns in frontal automobile crashes. Ophth Plast Reconst Surg 19(2):107–111CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Prado FB, Noritomi PY, Freire AR, Rossi AC, Neto FH, Caria PHF (2013) Stress distribution in human zygomatic pillar using three-dimensional finite element analysis. Int J Morphol 31(4):1386–1392CrossRef Prado FB, Noritomi PY, Freire AR, Rossi AC, Neto FH, Caria PHF (2013) Stress distribution in human zygomatic pillar using three-dimensional finite element analysis. Int J Morphol 31(4):1386–1392CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Torreira MG, Fernandez JR (2004) A three-dimensional computer model of the human mandible in two simulated standard trauma situations. J Cranio Max Fac Surg 32:303–307CrossRef Torreira MG, Fernandez JR (2004) A three-dimensional computer model of the human mandible in two simulated standard trauma situations. J Cranio Max Fac Surg 32:303–307CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Yoganandan N, Pintar FA (2004) Biomechanics of temporo-parietal skull fracture. Clin Biomech 19(3):225–239CrossRef Yoganandan N, Pintar FA (2004) Biomechanics of temporo-parietal skull fracture. Clin Biomech 19(3):225–239CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Nagasao T, Miyamoto J, Shimizu Y, Jiang H, Nakajima T (2010) What happens between pure hydraulic and buckling mechanisms of blowout fractures? J Cranio Maxillofac Surg 38(4):306–313CrossRef Nagasao T, Miyamoto J, Shimizu Y, Jiang H, Nakajima T (2010) What happens between pure hydraulic and buckling mechanisms of blowout fractures? J Cranio Maxillofac Surg 38(4):306–313CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Zhang J, Yoganandan N, Pintar FA (2009) PintarFA, Dynamic biomechanics of the human head in lateral impacts. Ann Adv Automot Med 53:249–256PubMedPubMedCentral Zhang J, Yoganandan N, Pintar FA (2009) PintarFA, Dynamic biomechanics of the human head in lateral impacts. Ann Adv Automot Med 53:249–256PubMedPubMedCentral
8.
Zurück zum Zitat Kumaresan S, Sances A Jr, Carlin F (2002) Biomechanical analysis of padding in child seats and head injury. Biomed Sci Instrum 38:453–458PubMed Kumaresan S, Sances A Jr, Carlin F (2002) Biomechanical analysis of padding in child seats and head injury. Biomed Sci Instrum 38:453–458PubMed
9.
Zurück zum Zitat Huempfner-Hierl H, Schaller A, Hierl T (2015) Maxillofacial fractures and craniocerebral injuries–stress propagation from face to neurocranium in a finite element analysis. Scand J Trauma Resusc Emerg Med 23(1):1–9CrossRef Huempfner-Hierl H, Schaller A, Hierl T (2015) Maxillofacial fractures and craniocerebral injuries–stress propagation from face to neurocranium in a finite element analysis. Scand J Trauma Resusc Emerg Med 23(1):1–9CrossRef
10.
11.
Zurück zum Zitat P. Federl and P. Prusinkiewicz: Finite element model of fracture formation on growing surfaces. In M. Bubak,G. van Albada, P. Sloot and J. Dongarra (Eds.): Proceedings of Computational Science. ICCS 2004 (Krakow, Poland, June 6−9, 2004), Part II, Lecture Notes in Computer Science 3037, Springer, Berlin, pp. 138–145. P. Federl and P. Prusinkiewicz: Finite element model of fracture formation on growing surfaces. In M. Bubak,G. van Albada, P. Sloot and J. Dongarra (Eds.): Proceedings of Computational Science. ICCS 2004 (Krakow, Poland, June 6−9, 2004), Part II, Lecture Notes in Computer Science 3037, Springer, Berlin, pp. 138–145.
12.
Zurück zum Zitat Passeri LA, Ellis E, Sinn DP (1993) Complications of non-rigid fixation of mandibular angle fractures. J Oral Maxillofac Surg 51:382–384CrossRefPubMed Passeri LA, Ellis E, Sinn DP (1993) Complications of non-rigid fixation of mandibular angle fractures. J Oral Maxillofac Surg 51:382–384CrossRefPubMed
13.
Zurück zum Zitat Dr. Shobha E S1,Prof.Dr. H.P. Raghuveer, Dr. Suresh Nagesh, Vinay K S, International Journal of Engineering Research ,Volume No.4, Issue No.12, pp : 648–651. Dr. Shobha E S1,Prof.Dr. H.P. Raghuveer, Dr. Suresh Nagesh, Vinay K S, International Journal of Engineering Research ,Volume No.4, Issue No.12, pp : 648–651.
14.
Zurück zum Zitat Shobha ES, Nagesh S, Raghuveer HP, Vinay KS (2015) Analysis of stresses in mandible and skull under angular impact. Int J Eng Res 4(12):648–651CrossRef Shobha ES, Nagesh S, Raghuveer HP, Vinay KS (2015) Analysis of stresses in mandible and skull under angular impact. Int J Eng Res 4(12):648–651CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Rangan V, Raghuveer HP, Rayapati DK, Shobha ES, Prashanth NT, Sharma R (2013) The influence of stress distribution in four different fixation systems used in treatment of mandibular angle fractures—a three-dimensional finite element analysis. Oral Surg 6:186–192CrossRef Rangan V, Raghuveer HP, Rayapati DK, Shobha ES, Prashanth NT, Sharma R (2013) The influence of stress distribution in four different fixation systems used in treatment of mandibular angle fractures—a three-dimensional finite element analysis. Oral Surg 6:186–192CrossRef
Metadaten
Titel
Stress Propagation in the Craniofacial Skeleton on Frontal Impact—A Virtual Simulation Study
verfasst von
E. S. Shobha
H. P. Raghuveer
Suresh Nagesh
Neha Nainoor
Nithin Shaju
N. S. Punyakoti
Publikationsdatum
19.08.2023
Verlag
Springer India
Erschienen in
Journal of Maxillofacial and Oral Surgery / Ausgabe 4/2023
Print ISSN: 0972-8279
Elektronische ISSN: 0974-942X
DOI
https://doi.org/10.1007/s12663-023-01979-4

Weitere Artikel der Ausgabe 4/2023

Journal of Maxillofacial and Oral Surgery 4/2023 Zur Ausgabe

Vorsicht, erhöhte Blutungsgefahr nach PCI!

10.05.2024 Koronare Herzerkrankung Nachrichten

Nach PCI besteht ein erhöhtes Blutungsrisiko, wenn die Behandelten eine verminderte linksventrikuläre Ejektionsfraktion aufweisen. Das Risiko ist umso höher, je stärker die Pumpfunktion eingeschränkt ist.

Darf man die Behandlung eines Neonazis ablehnen?

08.05.2024 Gesellschaft Nachrichten

In einer Leseranfrage in der Zeitschrift Journal of the American Academy of Dermatology möchte ein anonymer Dermatologe bzw. eine anonyme Dermatologin wissen, ob er oder sie einen Patienten behandeln muss, der eine rassistische Tätowierung trägt.

Deutlich weniger Infektionen: Wundprotektoren schützen!

08.05.2024 Postoperative Wundinfektion Nachrichten

Der Einsatz von Wundprotektoren bei offenen Eingriffen am unteren Gastrointestinaltrakt schützt vor Infektionen im Op.-Gebiet – und dient darüber hinaus der besseren Sicht. Das bestätigt mit großer Robustheit eine randomisierte Studie im Fachblatt JAMA Surgery.

Chirurginnen und Chirurgen sind stark suizidgefährdet

07.05.2024 Suizid Nachrichten

Der belastende Arbeitsalltag wirkt sich negativ auf die psychische Gesundheit der Angehörigen ärztlicher Berufsgruppen aus. Chirurginnen und Chirurgen bilden da keine Ausnahme, im Gegenteil.

Update Chirurgie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.

S3-Leitlinie „Diagnostik und Therapie des Karpaltunnelsyndroms“

Karpaltunnelsyndrom BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Das Karpaltunnelsyndrom ist die häufigste Kompressionsneuropathie peripherer Nerven. Obwohl die Anamnese mit dem nächtlichen Einschlafen der Hand (Brachialgia parästhetica nocturna) sehr typisch ist, ist eine klinisch-neurologische Untersuchung und Elektroneurografie in manchen Fällen auch eine Neurosonografie erforderlich. Im Anfangsstadium sind konservative Maßnahmen (Handgelenksschiene, Ergotherapie) empfehlenswert. Bei nicht Ansprechen der konservativen Therapie oder Auftreten von neurologischen Ausfällen ist eine Dekompression des N. medianus am Karpaltunnel indiziert.

Prof. Dr. med. Gregor Antoniadis
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.

S2e-Leitlinie „Distale Radiusfraktur“

Radiusfraktur BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Das Webinar beschäftigt sich mit Fragen und Antworten zu Diagnostik und Klassifikation sowie Möglichkeiten des Ausschlusses von Zusatzverletzungen. Die Referenten erläutern, welche Frakturen konservativ behandelt werden können und wie. Das Webinar beantwortet die Frage nach aktuellen operativen Therapiekonzepten: Welcher Zugang, welches Osteosynthesematerial? Auf was muss bei der Nachbehandlung der distalen Radiusfraktur geachtet werden?

PD Dr. med. Oliver Pieske
Dr. med. Benjamin Meyknecht
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.

S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“

Appendizitis BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Inhalte des Webinars zur S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“ sind die Darstellung des Projektes und des Erstellungswegs zur S1-Leitlinie, die Erläuterung der klinischen Relevanz der Klassifikation EAES 2015, die wissenschaftliche Begründung der wichtigsten Empfehlungen und die Darstellung stadiengerechter Therapieoptionen.

Dr. med. Mihailo Andric
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.