上頜前牙內(nèi)收力系的三維有限元研究.pdf

1、上頜前牙的位置對于顏面美觀以及口頜系統(tǒng)的功能具有極其重要的影響，上頜前牙的內(nèi)收是臨床正畸治療的一個關(guān)鍵階段。在不同的臨床矯治體系中采用不同的上頜前牙內(nèi)收力系。目前，上頜前牙的內(nèi)收力系主要分為連續(xù)弓絲內(nèi)收力系和片段弓內(nèi)收力系。不同矯治體系中上頜前牙內(nèi)收力系的生物力學(xué)機制是不同的，而在同一矯治體系中，載荷條件的變化也會產(chǎn)生前牙移動方式的變化。因此，對于臨床正畸醫(yī)師而言，了解各種上頜前牙內(nèi)收力系的生物力學(xué)機制是至關(guān)重要的。 以往關(guān)于上

2、頜前牙內(nèi)收力系的研究主要采用全息干涉法、光彈法以及磁力感應(yīng)系統(tǒng)進行相關(guān)研究。上述方法極力對影響上頜前牙內(nèi)收力系的相關(guān)因素進行簡化，因此，在得出一定有意義結(jié)果的同時模型的仿真程度還有待提高。三維有限元法(FEM)是一種常用的理論應(yīng)力分析方法，被廣泛應(yīng)用于正畸牙移動的研究。以往建立的三維有限元模型以單個牙為主，而研究上頜前牙內(nèi)收力系的較為復(fù)雜的三維有限元模型目前尚未見報導(dǎo)。 目的： 探索建立上頜前牙內(nèi)收力系的三維有限元模型的

3、建模方法，建立高仿真的包含有上頜骨、牙槽骨、上牙列的三維有限元模型。在該模型基礎(chǔ)上建立上頜弓絲、托槽以及微植體的三維有限元模型。用上述模型對滑動機制的上頜前牙內(nèi)收力系以及片斷弓內(nèi)收力系的生物力學(xué)機制進行相關(guān)分析，為正畸臨床矯治提供生物力學(xué)依據(jù)。此外，上頜前牙內(nèi)收時阻抗中心以及旋轉(zhuǎn)中心的位置也是本研究的一個重點。 方法： 用64排螺旋CT對一具解剖結(jié)構(gòu)完整含上牙列的干顱進行斷層掃描。二維CT圖像輸入到MIMICS軟件選擇上

4、頜骨、上牙槽骨、上牙列的數(shù)字信息，將不需要的信息予以去除。對經(jīng)處理的二維斷層圖形進行三維重建得到包括上牙列的上頜骨的三維幾何圖像。然后將上述幾何模型輸入到三維有限元軟件ABAQUS進行牙齒位置的調(diào)整。最后，對模型進行網(wǎng)格劃分，賦材質(zhì)建立含上牙列的上頜骨三維有限元模型。 根據(jù)Opa-K直絲弓矯治器的要求，在ABAQUS前處理程序中制作直絲弓矯治器的弓絲和托槽以及牽引鉤。使得弓形滿足方程Y=2.115×10<'-5>+1.248×1

5、0<'-2>X<'2>-1.289.然后制作微種植體并植入到上頜第一磨牙和第二雙尖牙之間，進行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分、賦值，建立微植體滑動法內(nèi)收上前牙的三維有限元模型。分別計算當微植體植入高度距離弓絲為4mm、8mm，牽引鉤高度分別為1mm，4mm，7mm，10mm時在2N牽引力的作用下上頜前牙發(fā)生的初始位移。 研究用片斷弓矯治技術(shù)對上頜前牙進行內(nèi)收時，水平力作用下上頜前牙的阻抗中心的位置以及力的作用點與旋轉(zhuǎn)中心的關(guān)系。計算結(jié)果與用全息

6、干涉法以及光彈法計算的結(jié)果進行比較。 結(jié)果： 建立了包含上牙列的上頜骨三維有限元模型。該模型建立便捷、快速、幾何相似性好，具有模塊化特點。 從基于微種植體的直絲弓滑動法內(nèi)收上頜前牙的三維有限元模型分析可知，微植體低位植入有利于上前牙發(fā)生冠舌向傾斜移動，而微植體高位植入有利于上前牙發(fā)生冠唇向移動。牽引鉤長度的增加使得上前牙更容易發(fā)生冠唇向旋轉(zhuǎn)。而較高的牽引鉤對主弓絲產(chǎn)生的扭矩對上前牙產(chǎn)生額外的冠唇向轉(zhuǎn)矩。

7、上頜前牙內(nèi)收時的阻抗中心位于距離牙槽嵴頂5.1mm處，當水平牽引力低于該高度時，上前牙發(fā)生順時針方向旋轉(zhuǎn)；當水平牽引力高于該高度時，上前牙發(fā)生逆時針方向旋轉(zhuǎn)；當水平牽引力通過這一高度時，上前牙產(chǎn)生整體移動。 結(jié)論： 通過應(yīng)用MIMICS和ABAQUS軟件使得建立較復(fù)雜的包含上牙列的上頜骨三維有限元模型的過程更為簡單、快速，同時模型的幾何相似性得到很大程度的提高。 揭示了基于微種植體支抗技術(shù)的直絲弓滑動法內(nèi)收上前牙