微種植體不同載荷位置影響前牙移動(dòng)的三維有限元分析.pdf

1、目的:支抗作為抵制牙齒移動(dòng)引起的反作用力的裝置，一直都是正畸醫(yī)師關(guān)注的焦點(diǎn)。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(duì)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(yīng)用，為醫(yī)師與患者帶來(lái)了便利。尤其是對(duì)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(guò)CT掃描等方法建立出的相似性很高的有限元模型，經(jīng)過(guò)函數(shù)計(jì)算，求解

2、不同節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、位移等，進(jìn)行仿真模擬生物力學(xué)反應(yīng)，具有較高的可靠性。實(shí)驗(yàn)中建立出來(lái)的有限元模型可以反復(fù)利用，為不同設(shè)計(jì)的的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比等提供了平臺(tái)，同時(shí)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(guò)程中，如何使用支抗以達(dá)到前牙最大程度的內(nèi)收或壓低從而獲得最佳矯治效果成為治療成功的關(guān)鍵。應(yīng)用微種植體輔助控制前牙移動(dòng)已在臨床上取得了良好效果，但是目前關(guān)于微種植體在不同位置的載荷對(duì)于前牙移動(dòng)的影響

3、尚無(wú)明確的理論依據(jù)支持。本實(shí)驗(yàn)擬用三維有限元法建立上頜骨-牙列-矯治器復(fù)合模型，對(duì)微種植體在不同位置上載荷對(duì)前牙移動(dòng)的生物力學(xué)效應(yīng)以及臨床常用的兩種高度不同的牽引鉤對(duì)前牙運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力的影響進(jìn)行模擬分析，以期為臨床更好地應(yīng)用微種植體輔助控制前牙移動(dòng)提供理論基礎(chǔ)。
　　方法:
　　1實(shí)驗(yàn)設(shè)備:
　　硬件:W2000CT（多層螺旋CT機(jī)，日本日立公司）、計(jì)算機(jī)、有限元工作站。
　　軟件:Mimics10.0（醫(yī)學(xué)三維重建

4、軟件、比利時(shí)Materialise公司）、Solidworks2011（三維CAD實(shí)體模型設(shè)計(jì)軟件、美國(guó)Dassault SystemesS.A公司）、Geomagic11.0（逆向工程軟件，美國(guó)Geomagic公司）、ANSYS Workbench13.0（大型通用有限元計(jì)算軟件，美國(guó)ANSYS公司）。
　　2建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>　　2.1獲取實(shí)驗(yàn)材料
　　應(yīng)用螺旋CT對(duì)一男性成年志愿者（個(gè)別正常(牙合)）進(jìn)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(chǔ)結(jié)果。
　　2.2松質(zhì)骨及皮質(zhì)骨的處理
　　應(yīng)用Mimics10.0軟件讀取Dicom格式的CT掃描結(jié)果，提取皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、牙體組織等，初步獲得上頜骨三維模型，再通過(guò)Geomagic逆向工程軟件進(jìn)行修飾，最后導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)，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(cè)側(cè)切牙與尖牙之間建立牽引鉤。
　　2.4牙周膜實(shí)體模型的建立
　　利用CAD軟件Solidworks對(duì)上牙列模型進(jìn)行抽殼建模，沿外邊界向外膨脹0.25mm，得到牙周膜實(shí)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(zhì)骨、皮質(zhì)骨、上牙列、托槽、弓絲、牙周膜模型

7、按照各自相應(yīng)的位置，通過(guò)布爾運(yùn)算裝配為一體，得到有限元模型。再對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，材料屬性的設(shè)定，以進(jìn)行運(yùn)算。
　　3計(jì)算
　　3.1加載條件
　　設(shè)定三種不同位置的微種植體通過(guò)牽引鉤進(jìn)行正畸力加載:
　　載荷A1為前牙區(qū)雙側(cè)側(cè)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(cè)中切牙、側(cè)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(cè)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(shè)定在兩側(cè)側(cè)切牙和尖牙的弓絲中間，設(shè)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?cè)缦?
　　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(jì)算項(xiàng)目與指標(biāo)
　　在不同的工況下，分別計(jì)算各上前牙在唇舌向的轉(zhuǎn)角值，垂直位移值，牙和牙周膜

11、的應(yīng)力峰值，截取牙周膜與牙的應(yīng)力分布云圖。
　　結(jié)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(fù)合體。螺旋CT掃描獲得了較為準(zhǔn)確的上頜骨解剖結(jié)構(gòu)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(xué)相似性，能滿足生物力學(xué)運(yùn)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(zhuǎn)角值、垂直位移值、等效應(yīng)力值相應(yīng)增大，但是

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

13、量無(wú)明顯區(qū)別。
　　7 A2加載時(shí)，各前牙做壓入移動(dòng)。
　　8 B加載條件下，牽引鉤2mm時(shí)，中切牙發(fā)生冠腭向、壓低運(yùn)動(dòng)，牽引鉤5mm時(shí)，中切牙發(fā)生冠唇向、壓入移動(dòng)。牽引鉤2mm及5mm時(shí)，側(cè)切牙均發(fā)生冠唇向、壓入移動(dòng)，尖牙均發(fā)生腭向、伸長(zhǎng)移動(dòng);且牽引鉤5mm時(shí)較2mm時(shí)，移動(dòng)量增加。
　　結(jié)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(shí)，牙齒及牙周組織的應(yīng)力、位移變化。
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