上頜前牙高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板固定后應(yīng)力的三維有限元研究.pdf

1、牙周病是多種因素引起的牙周組織破壞性疾病。菌斑、炎癥、創(chuàng)傷等因素使牙周組織遭到破壞，牙齒逐漸松動(dòng)移位，患者感到咀嚼能力下降。隨著病情的發(fā)展，松動(dòng)的牙齒多自行脫落或被拔除。將一些松動(dòng)牙和周?chē)鄬?duì)健康的牙連接固定后，可恢復(fù)咀嚼功能，分散咬合力，減輕單個(gè)牙齒牙周組織的負(fù)荷，減少食物嵌塞，使患牙得到生理性休息，利于牙周炎癥的控制和已破壞的牙周組織愈合。因此，松動(dòng)牙齒固定是牙周病修復(fù)治療的必要措施。在控制炎癥的基礎(chǔ)上，通過(guò)高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板將松

2、動(dòng)牙連結(jié)固定在一起，形成新的咀嚼單位，臨床研究發(fā)現(xiàn)可有效防止牙齒移位，限制牙齒動(dòng)度，進(jìn)而提高咬合力。 本課題采用有限元分析的方法評(píng)價(jià)了這種牙周夾板的治療作用，為臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 目的： 本研究通過(guò)FreeForm、Mimics等逆向工程軟件建立帶牙列上頜骨及高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維有限元模型，分析在不同牙周支持條件下應(yīng)用高強(qiáng)纖維束帶后牙周膜內(nèi)應(yīng)力分布的變化規(guī)律，擬為不同牙周狀況下合理選用牙周夾板提供參考

3、依據(jù)。 材料和方法： 第一部分建立牙周正常條件下高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板固定的上頜前牙及牙槽骨的三維有限元模型 1．建模原始數(shù)據(jù)的來(lái)源本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自一牙列完整，牙弓形態(tài)對(duì)稱(chēng)，咬合關(guān)系正常的頭顱標(biāo)本，應(yīng)用CT斷層掃描得到帶牙列上頜骨的輪廓，利用WINDOWS自帶的畫(huà)圖軟件對(duì)圖像處理后，輸入Mimics10．01進(jìn)行三維模型重建。 2．有限元模型的建立將建立的正常成人包括上頜321|123及牙槽骨的三維有限元模型

4、導(dǎo)入Freeform6．0中，調(diào)整正常牙槽骨支持高度和構(gòu)建幾何面，并在模型上構(gòu)建出高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維幾何模型，最后以IGES格式導(dǎo)入有限元軟件Ansys10．0，網(wǎng)格劃分后形成牙周正常的高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維有限元模型，模型包括上頜前牙、牙周膜和牙槽骨，并帶有高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板，驗(yàn)證模型的有效性，為高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維有限元分析提供有效平臺(tái)。 3．設(shè)置條件和邊界約束模型中牙周膜、牙齒和牙槽骨假設(shè)為連續(xù)、均質(zhì)和

5、各向同性的線彈性材料；對(duì)牙槽骨頰舌表面和底面及前牙頰舌面各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三向平移及旋轉(zhuǎn)約束。 4．驗(yàn)證模型加載從舌側(cè)斜向唇側(cè)，與牙體長(zhǎng)軸呈45°集中作用于牙冠舌側(cè)切1/3中央。加載力大小模擬我國(guó)正常成人上頜前牙最大牙合力均數(shù)一半量加載，即切牙50N，尖牙80N。 第二部分不同牙槽骨高度下高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維有限元分析 1．采用實(shí)驗(yàn)一建立的牙周正常條件下高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板固定的上頜前牙及牙槽骨的三維有限元模型，分

6、別建立不同牙周骨質(zhì)吸收狀態(tài)下的三維有限元模型，分析隨著牙槽骨的不斷吸收，應(yīng)用高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板后牙周膜內(nèi)的應(yīng)力分布。 2．實(shí)驗(yàn)假設(shè)和約束條件同實(shí)驗(yàn)一。 3．觀察指標(biāo)不同牙槽骨高度下高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三維有限元模型加載后牙根及牙周膜的第一主應(yīng)力（S1）、Von-Mises（Seqv）應(yīng)力的分布，根據(jù)云紋圖記錄的應(yīng)力數(shù)值為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 結(jié)果: 1．建立了牙周正常條件下帶牙列上頜骨及高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板的三

7、維有限元模型，建成后共生成113437個(gè)單元，186869個(gè)結(jié)點(diǎn)的四面體單元。 2．精細(xì)調(diào)整后分別模擬建立了牙槽骨降低1/3和2/3時(shí)的三維有限元模型，并進(jìn)行加載分析。 3．最大Von Mises應(yīng)力變化模型應(yīng)用牙周夾板后，除尖牙外，大部分牙齒牙周膜內(nèi)應(yīng)力有所降低，隨著牙槽骨吸收增加，應(yīng)力值也逐漸增加。固定前后應(yīng)力分布無(wú)顯著變化，牙周膜頸部應(yīng)力集中處由中切牙、側(cè)切牙轉(zhuǎn)移到尖牙。第一主應(yīng)力變化：牙周固定前后，壓應(yīng)力集中出現(xiàn)

8、在唇側(cè)區(qū)，拉應(yīng)力集中出現(xiàn)在舌側(cè)區(qū)，分布無(wú)明顯變化。最大壓應(yīng)力值尖牙增加，中切牙、側(cè)切牙降低；最大拉應(yīng)力側(cè)切牙降低，中切牙、尖牙增加。 4．牙周夾板固定后牙周膜內(nèi)最大Von Mises應(yīng)力表現(xiàn)為：①牙槽骨正常：A2>A3>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A1>A2；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大壓應(yīng)力表現(xiàn)為：①牙槽骨正常：A2>A3>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A2>A1；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大

9、拉應(yīng)力表現(xiàn)為：①牙槽骨正常：A3>A2>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A1>A2；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大壓應(yīng)力值變化：牙周固定后，牙周膜的最大壓應(yīng)力值中切牙和側(cè)切牙均有下降，尖牙稍有增加。 5．相同牙槽骨吸收情況下應(yīng)用牙周夾板前后牙周膜的應(yīng)力變化比較 5．1牙槽骨正常時(shí)，最大Von Mises應(yīng)力值變化：應(yīng)用高強(qiáng)纖維束帶牙周固定后，牙周膜的最大Von Mises應(yīng)力值由44305Pa降低到36775

10、Pa。最大拉應(yīng)力值變化：除側(cè)切牙外，其余牙齒的拉應(yīng)力明顯增加。最大拉應(yīng)力值變化：除側(cè)切牙外，其余牙齒的拉應(yīng)力明顯增加。 5．2牙槽骨吸收1/3時(shí)，最大Von Mises應(yīng)力值的變化，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。應(yīng)用牙周夾板后牙周膜的最大Von Mises應(yīng)力值由57797Pa升至到61629Pa，主要是尖牙和中切牙的應(yīng)力值增加，側(cè)切牙降低明顯。最大壓應(yīng)力值變化為，牙周固定前：A3>A2>A1；牙周

11、固定后：A3>A2>A1。除尖牙外，其余牙齒的壓應(yīng)力明顯降低。最大拉應(yīng)力值變化為，牙周固定前：A3>A2>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。牙周固定后，側(cè)切牙牙周膜的最大拉應(yīng)力值下降幅度明顯，中切牙和尖牙增加。 5．3牙槽骨吸收2/3時(shí)，最大Von Mises應(yīng)力值變化為，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。應(yīng)用牙周固定后，牙周膜的最大Von Mises應(yīng)力值由202088Pa降低到160858Pa，尖

12、牙應(yīng)力值繼續(xù)增加，其余牙降幅繼續(xù)增大，側(cè)切牙下降更明顯。最大壓應(yīng)力值變化為，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。除尖牙外，其余牙齒的壓應(yīng)力明顯降低。最大拉應(yīng)力值變化為，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。側(cè)切牙牙周膜的最大拉應(yīng)力值下降，中切牙和尖牙稍有增加。 結(jié)論: 1．利用FreeForm、Mimics等逆向工程軟件可建立了真實(shí)高強(qiáng)纖維束帶牙周夾板固定的上頜前牙及不同牙槽

13、骨吸收狀態(tài)下的三維模型，模型形狀逼真，具有較好的幾何相似性，與臨床實(shí)際情況接近，不但可以任意旋轉(zhuǎn)和放縮，并以多種方式觀察。 2．本研究得出的牙周膜應(yīng)力分布云圖中可以看到，應(yīng)力值由牙根頸部至根尖部逐漸降低，呈現(xiàn)明顯的梯度變化。尖牙加載后出現(xiàn)更多應(yīng)力集中，增幅隨著牙槽骨的不斷降低而變大。牙周夾板固定后，尖牙所承受的應(yīng)力成非線性的增加，負(fù)擔(dān)不斷加重。尖牙牙根在全口牙列中最長(zhǎng)，牙周膜面積居于前牙之首，牙周膜的耐受力也較切牙大。反之側(cè)切牙