矯治力作用下牙頜正畸的彈粘塑性有限元分析.pdf

1、口腔正畸治療是正畸醫(yī)生利用特定矯治裝置，對(duì)患者的牙齒、頜骨等組織器官施加特定大小和方向的力，以達(dá)到在生理范圍內(nèi)定向移動(dòng)牙齒、和/或影響頜骨生長(zhǎng)之目的，從而矯正患者的牙頜面畸形的一種治療方法。在正畸治療中，正確地理解矯治力的傳遞，以及相應(yīng)的牙、牙周膜、頜骨等組織受力后的生物力學(xué)效應(yīng)，是正畸醫(yī)師合理設(shè)計(jì)矯治力系統(tǒng)、進(jìn)行有效正畸治療的前提和基礎(chǔ)，也是治療成敗的關(guān)鍵。正畸醫(yī)師對(duì)患者的牙齒、頜骨等組織器官施加矯治力以達(dá)到治療目的是利用各種專門裝置

2、來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文選取了兩種正畸治療系統(tǒng)進(jìn)行研究，包括微螺釘種植體支抗(以下簡(jiǎn)稱“微植體支抗”，Micro-Implant Anchorage，MIA)系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)。
　　 微螺釘種植體支抗系統(tǒng)是將生物相容性良好的純鈦材料制成形狀不同的螺釘，再根據(jù)需要植入頜骨的不同部位，以得到正畸治療。而以Forsus為代表的固定式功能矯治器則以體積小、彈力持久均勻、矯治力易于控制、安裝簡(jiǎn)便和整體療程較短等優(yōu)點(diǎn)，受到了正畸醫(yī)師的廣泛

3、關(guān)注，代表了功能矯形治療發(fā)展的趨勢(shì)。
　　 數(shù)值仿真分析是口腔生物力學(xué)研究的主要手段之一，已廣泛應(yīng)用于生物力學(xué)的研究。采用數(shù)值分析方法對(duì)微植體支抗系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，利于分析不同前導(dǎo)工況下的力學(xué)效應(yīng)及矯治器的改良，并促進(jìn)該矯治技術(shù)在臨床的進(jìn)一步使用。
　　 論文在充分調(diào)研微植體支抗和forsus矯治技術(shù)運(yùn)用的基礎(chǔ)上，討論了骨的彈粘塑性效應(yīng)，采用UMAT編制彈粘塑性本構(gòu)模型。緊密結(jié)合臨床原型，利用CT

4、掃描技術(shù)和有限元軟件，建立了“微植體支抗-牙-上頜骨”和“Forsus-牙列-上下頜骨-顳下頜關(guān)節(jié)”三維模型。采用數(shù)值分析方法研究了微植體植入上頜骨后骨的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)過(guò)程，揭示了在正畸力作用下上頜骨的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)特別是塑性變形的時(shí)效過(guò)程，研究了Forsus對(duì)于下頜前導(dǎo)在不同工況下牙列、頜骨、顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)演化，以及Forsus反作用力推上頜第一磨牙向遠(yuǎn)中的力學(xué)效應(yīng)，為微螺釘種植體支抗系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供

5、理論依據(jù)和指導(dǎo)。論文的主要工作和結(jié)論如下：
　　 ①回顧了正畸生物力學(xué)的研究現(xiàn)狀，對(duì)有限元方法在口腔正畸數(shù)值模擬中的應(yīng)用做了綜述，重點(diǎn)考察了微植體支抗和Forsus矯治器技術(shù)在口腔正畸中的應(yīng)用及研究。
　　 ②利用彈性元件、粘性元件和塑性元件的組合來(lái)構(gòu)建骨的彈粘塑性本構(gòu)關(guān)系。特別是在正畸矯治力作用下，骨具有時(shí)效特性的彈粘塑性本構(gòu)模型。
　　 ③利用CT掃描技術(shù)、Mimics醫(yī)學(xué)成像軟件及ABAQUS軟件，提出了計(jì)

6、及上頜骨的彈粘塑性性質(zhì)的建模方法，成功建立了逼真的微植體支抗一牙一上頜骨和三維整體模型，極大地提高了模型的幾何相似性，探索了快速構(gòu)建牙頜組織三維有限元模型的新方法。在充分考慮了微植體、牙、頜骨的時(shí)空變化特性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察骨的時(shí)效特性，探討微植體、牙、上頜骨隨矯治時(shí)間變化的生物力學(xué)過(guò)程。
　　 ④基于各向同性、非線性、彈粘塑性的“Forsus-牙列-上下頜骨-顳下頜關(guān)節(jié)”模型，利用有限元方法研究Forsus導(dǎo)下頜向前不同工況下