上中切牙壓入移動的力學(xué)仿真分析.pdf

1、上頜前牙位置對于顏貌美觀及口頜功能具有極其重要的影響，在許多上頜前牙段牙槽嵴發(fā)育過度的患者中，如何有效的壓低上頜前牙，改善唇齦關(guān)系，獲得美觀的笑線是正畸的一大矯治難點。 正畸醫(yī)師通過力獲得牙齒的移動，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)計矯治方案、進行有效正畸治療的前提和基礎(chǔ)，也是治療成敗的關(guān)鍵。在壓低牙齒的過程中，隨著年齡的增長，牙槽骨吸收和牙齦增齡性萎縮，

2、牙槽嵴高度降低，壓入牙移動更為困難。如何準(zhǔn)確的控制力值，防止過大力引起牙周變形壞死，牙根吸收，有效的壓低上中切牙一直是困擾正畸醫(yī)師的難題之一。 牙周膜是牙周支持組織的一部分，起著緩沖、支持、營養(yǎng)的作用。以往對牙及其支持組織的生物力學(xué)問題多采用光彈法、動物實驗、體外數(shù)學(xué)模型、激光成像等手段進行研究。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，一種常用的數(shù)值仿真分析方法-三維有限元法(FEM)，憑借其模型的良好的幾何相似性與力學(xué)相似性，也逐步廣泛應(yīng)用應(yīng)用

3、于牙及其支持組織的研究。 目前，在大多數(shù)涉及牙、頜骨的口腔生物力學(xué)問題的數(shù)值仿真分析中，大多忽略了牙與牙槽骨之間的牙周膜主纖維結(jié)構(gòu)，直接假設(shè)其為各向同性的均質(zhì)體。實際上，牙周膜是包含諸多纖維和基質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在三維有限元模型上構(gòu)建的牙周膜主纖維及基質(zhì)的表現(xiàn)方式對牙周組織應(yīng)力分布的模式及大小都具有重要的影響。在壓低中切牙的過程中，由于牙頜面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，往往不能達(dá)到整體移動。隨著現(xiàn)代正畸矯治技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了更多不同的壓低裝置，賦

4、予了正畸醫(yī)師從不同角度壓入上中切牙的能力。但是，大多數(shù)正畸醫(yī)師往往依據(jù)臨床經(jīng)驗選擇壓入的治療手段，缺乏較為客觀的生物力學(xué)參考依據(jù)去指導(dǎo)臨床選擇。尤其是，對于不同牙槽骨高度的上中切牙患者選擇何種治療手段、何種角度更為有效亦不明確，亟待有效的生物力學(xué)客觀依據(jù)指導(dǎo)臨床治療。 因此，本研究在計及牙周膜主纖維因素的基礎(chǔ)上，探索包含牙周膜主纖維的“上頜中切牙-骨塊”三維有限元模型的構(gòu)建方法，對不同牙槽嵴高度和不同加載角度時壓低上中切牙的生物

5、力學(xué)效應(yīng)進行仿真分析，以期為臨床治療手段的選擇提供生物力學(xué)依據(jù)。 應(yīng)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軟件選擇上中切牙的數(shù)字信息，濾除不需要的信息，將處理的二維斷層圖形進行三維重建獲得上頜中切牙的三維逼真幾何圖像并導(dǎo)入ANSYS10.0中。通過縮放操作，獲得上中切牙牙周膜，模擬上頜骨形態(tài)建立牙槽骨，建立牙周膜并行網(wǎng)格劃分，賦予生物材料力學(xué)屬性建立上頜中切牙-骨塊三維有限元

6、模型。 在“上頜中切牙-骨塊”模型中，確定上頜中切牙根尖點和牙槽嵴定點，依據(jù)不同牙槽嵴高度，植入不同的深度，以分別模擬牙槽嵴高度減少為0mm、2mm、4mm、6mm時，受到1 N垂直向壓入力的中切牙的牙周膜初始最大應(yīng)力值和初始最大位移值，加力點位于距上中切牙切緣約4.5mm處的近遠(yuǎn)中中心點。在牙槽嵴高度一定的“上頜中切牙-骨塊”模型中，加力點和力值不變的情況下，變換不同的力的加載方向：-30°、-15°、15°、30°，以牙體長

7、軸為0°為標(biāo)準(zhǔn)，唇向為正，舌腭向為負(fù)。計算并比較五種結(jié)果，為臨床壓低前牙提供生物力學(xué)依據(jù)。本研究快速建立了包含牙周膜主纖維的“上頜骨中切牙-骨塊”三維有限元模型，具有幾何相似性好，可模塊化操作特點。 在垂直載荷作用下，隨著牙槽嵴高度的降低，牙齒的最大初始位移值、最大初始應(yīng)力值均增大，無纖維組的初始最大位移值和應(yīng)力值始終大于纖維組值。當(dāng)牙槽嵴高度約1/2時，初始最大應(yīng)力值、位移值顯著增加，約為牙槽嵴完好時的4倍。Y方向即垂直向獲得

8、最大初始最大位移值，其初始最大位移值、應(yīng)力值均位于根尖或近根尖處牙槽骨。 加載角度與牙體長軸成15°、30°、-15°、-30°時，纖維組與無纖維組的初始應(yīng)力值均增大，且舌向加載30‘的初始應(yīng)力最為顯著，達(dá)到75.6E-03MPa，纖維組較無纖維組初始應(yīng)力增加更為平緩，無纖維組的應(yīng)力值較纖維組更為顯著。 牙齒在Z方向，即唇舌向的初始位移值最大，在牙槽骨高度降低不及6mm時，X、Y、Z三個方向的初始位移值均增加，無纖維組大

9、于纖維組，頰舌側(cè)加載方向相差不大。當(dāng)牙槽嵴減少6mm時，其力值增加最為顯著，無纖維組大于纖維組，舌向加載大于唇向加載，舌向加載30°得到最大值8.234E-03mm，唇側(cè)加載15°獲得最小值4.87E-04mm。且當(dāng)牙槽高度降低6mm時，在Y方向上，無纖維組舌向30°初始位移值增加最為顯著，約為牙槽嵴完好時的5倍。對加載角度而言，30°載荷形成的初始位移值更大。本研究初步探討性的建立了牙周膜主纖維的模型，揭示了牙周膜纖維的在應(yīng)力分析中的