微種植體不同載荷位置影響前牙移動的三維有限元分析.pdf

1、目的:支抗作為抵制牙齒移動引起的反作用力的裝置，一直都是正畸醫(yī)師關注的焦點。Nance弓，橫腭桿，頭帽頦兜等傳統(tǒng)輔助支抗裝置由于異物感、美觀、舒適度和對患者的依從性要求等，使其支抗作用受到了制約。微種植體支抗的出現(xiàn)與應用，為醫(yī)師與患者帶來了便利。尤其是對于許多雙頜前突、露齦笑、深覆(牙合)、推磨牙向后等的病例，支抗種植體的作用不能小覷。
　　三維有限元分析法是利用通過CT掃描等方法建立出的相似性很高的有限元模型，經(jīng)過函數(shù)計算，求解

2、不同節(jié)點的應力、位移等，進行仿真模擬生物力學反應，具有較高的可靠性。實驗中建立出來的有限元模型可以反復利用，為不同設計的的實驗進行對比等提供了平臺，同時也節(jié)約了成本。
　　在上頜前突、露齦笑等病例中，上前牙位置的控制尤為重要。因此在治療過程中，如何使用支抗以達到前牙最大程度的內收或壓低從而獲得最佳矯治效果成為治療成功的關鍵。應用微種植體輔助控制前牙移動已在臨床上取得了良好效果，但是目前關于微種植體在不同位置的載荷對于前牙移動的影響

3、尚無明確的理論依據(jù)支持。本實驗擬用三維有限元法建立上頜骨-牙列-矯治器復合模型，對微種植體在不同位置上載荷對前牙移動的生物力學效應以及臨床常用的兩種高度不同的牽引鉤對前牙運動和應力的影響進行模擬分析，以期為臨床更好地應用微種植體輔助控制前牙移動提供理論基礎。
　　方法:
　　1實驗設備:
　　硬件:W2000CT（多層螺旋CT機，日本日立公司）、計算機、有限元工作站。
　　軟件:Mimics10.0（醫(yī)學三維重建

4、軟件、比利時Materialise公司）、Solidworks2011（三維CAD實體模型設計軟件、美國Dassault SystemesS.A公司）、Geomagic11.0（逆向工程軟件，美國Geomagic公司）、ANSYS Workbench13.0（大型通用有限元計算軟件，美國ANSYS公司）。
　　2建立實驗模型
　　2.1獲取實驗材料
　　應用螺旋CT對一男性成年志愿者（個別正常(牙合)）進行頜骨連續(xù)掃描

5、，掃描范圍自顱骨頂部到下頜頦部下緣，并以DICOM3.0格式存儲結果。
　　2.2松質骨及皮質骨的處理
　　應用Mimics10.0軟件讀取Dicom格式的CT掃描結果，提取皮質骨、松質骨、牙體組織等，初步獲得上頜骨三維模型，再通過Geomagic逆向工程軟件進行修飾，最后導入到ANSYS Workbench中，形成了幾何相似性較高的模型。
　　2.3托槽、弓絲以及牽引鉤模型的建立
　　根據(jù)OPA-K的要求和MB

6、T直絲弓托槽的數(shù)據(jù)標準，建立尺寸為0.018×0.025英寸的上頜弓絲和槽溝為0.022的托槽，并在弓絲的雙側側切牙與尖牙之間建立牽引鉤。
　　2.4牙周膜實體模型的建立
　　利用CAD軟件Solidworks對上牙列模型進行抽殼建模，沿外邊界向外膨脹0.25mm，得到牙周膜實體模型。
　　2.5有限元模型的建立
　　使用有限元處理軟件ANSYS Workbench將松質骨、皮質骨、上牙列、托槽、弓絲、牙周膜模型

7、按照各自相應的位置，通過布爾運算裝配為一體，得到有限元模型。再對模型進行網(wǎng)格劃分，材料屬性的設定，以進行運算。
　　3計算
　　3.1加載條件
　　設定三種不同位置的微種植體通過牽引鉤進行正畸力加載:
　　載荷A1為前牙區(qū)雙側側切牙、尖牙牙根間的微種植體與牽引鉤連接;載荷A2為前牙區(qū)雙側中切牙、側切牙牙根間的微種植體與牽引鉤連接;載荷B為后牙區(qū)雙側第二前磨牙、第一磨牙牙根間的微種植體與牽引鉤連接。
　　牽引

8、鉤設定在兩側側切牙和尖牙的弓絲中間，設置高度為2mm或5mm。
　　載荷A1、A2加載力值為50g、75g、100g;載荷B加載力值為100g、150g、200g。
　　各工況加載情況匯總如下:
　　Case1:5mm牽引鉤，A1加載50g。
　　Case2:5mm牽引鉤，A1加載75g。
　　Case3:5mm牽引鉤，A1加載100g。
　　Case4:5mm牽引鉤，A2加載50g。
　　Ca

9、se5:5mm牽引鉤，A2加載75g。
　　Case6:5mm牽引鉤，A2加載100g。
　　Case7:5mm牽引鉤，B加載100g。
　　Case8:5mm牽引鉤，B加載150g。
　　Case9:5mm牽引鉤，B加載200g。
　　Case10:2mm牽引鉤，A1加載50g。
　　Case11:2mm牽引鉤，A1加載75g。
　　Case12:2mm牽引鉤，A1加載100g。
　　C

10、ase13:2mm牽引鉤，A2加載50g。
　　Case14:2mm牽引鉤，A2加載75g。
　　Case15:2mm牽引鉤，A2加載100g。
　　Case16:2mm牽引鉤，B加載100g。
　　Case17:2mm牽引鉤，B加載150g。
　　Case18:2mm牽引鉤，B加載200g。
　　3.2計算項目與指標
　　在不同的工況下，分別計算各上前牙在唇舌向的轉角值，垂直位移值，牙和牙周膜

11、的應力峰值，截取牙周膜與牙的應力分布云圖。
　　結果:
　　1成功建立了幾何相似性較高的上頜骨-上牙列-牙周膜-矯治器有限元模型復合體。螺旋CT掃描獲得了較為準確的上頜骨解剖結構的三維信息，經(jīng)CAD、Solidworks及Geomagic軟件的處理后，所建模型具有良好的幾何相似性和生物力學相似性，能滿足生物力學運算的要求。
　　2相同的加載條件下，隨著加載力值的增加，各前牙的轉角值、垂直位移值、等效應力值相應增大，但是

12、應力分布趨勢不變。
　　3左右側同名牙的運動趨勢、應力分布基本一致。
　　4載荷A1、A2加載時，牙周膜的最大主應力分別位于側切牙、尖牙的牙槽嵴頂區(qū);B加載時，牙周膜的最大主應力位于尖牙的頸緣處。
　　5 A1、A2或者B加載時，上前牙的最大主應力位于牽引鉤鄰近牙（側切牙或者尖牙）的牙冠唇面頸1/3處。
　　6 A1加載時，各上前牙做冠唇向、壓入移動。牽引鉤2m及5mm時，上中切牙與側切牙的轉角值和垂直位移的變化

13、量無明顯區(qū)別。
　　7 A2加載時，各前牙做壓入移動。
　　8 B加載條件下，牽引鉤2mm時，中切牙發(fā)生冠腭向、壓低運動，牽引鉤5mm時，中切牙發(fā)生冠唇向、壓入移動。牽引鉤2mm及5mm時，側切牙均發(fā)生冠唇向、壓入移動，尖牙均發(fā)生腭向、伸長移動;且牽引鉤5mm時較2mm時，移動量增加。
　　結論:
　　1三維有限元分析法可以有效地模擬使用微種植體作為支抗加載正畸力時，牙齒及牙周組織的應力、位移變化。
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