后牙牙周组织功能性改建过程的生物力学研究

发布时间：2020-05-30 10:57

【摘要】：龋病、牙周病和生理性组织退缩等多种原因，都会造成牙槽骨高度降低、密度减小和牙周附着水平的下降，使牙齿出现不同程度松动，此时牙齿与牙周组织所能承担的咬合力将发生变化，牙周组织也将随之发生功能性改建。不当的咬合力就会对牙周组织造成损害，导致牙槽骨进一步吸收、牙齿松动甚至拔除。适宜的咬合力可以促进牙槽骨组织的再生和改建。因此，临床工作中迫切需要认识牙周组织功能性改建规律及其影响因素。骨作为一种生物活性组织，具有功能适应性特点，可以通过不断地重建去适应变化的力学环境，以便实现其生理功能。牙槽骨内感应器能够感受外部施加的机械刺激从而活化相关细胞，引起骨吸收或骨形成，这一过程称为牙槽骨组织改建，其主要是通过骨密度与骨形态的变化得以体现。对于牙周组织改建的研究，以往主要通过动物实验和分子生物学实验来揭示牙槽骨组织改建的机理及其规律，而牙槽骨组织改建过程中的生物力学机制十分复杂，使得临床研究面临很多困难，很难描述和预测骨组织改建过程及其结果。因此，国内外学者将骨组织改建理论与有限元方法结合，对牙槽骨组织的改建过程进行了数值模拟分析，以揭示牙槽骨组织改建过程及其规律。目前对于牙槽骨组织改建的生物力学研究，主要集中在正畸治疗以及种植体诱导的牙槽骨组织改建的研究。而天然牙牙周组改建的研究报道还较少，特别是附着水平不同的牙周组织改建过程及其影响因素的研究还未见报道。本研究建立了牙周附着水平不同的下颌第一磨牙三维有限元模型，结合应变能密度的骨组织改建理论，分析咬合力作用下，不同牙周附着水平下颌后牙牙周组织改建过程及其规律，为临床存在牙周附着丧失牙齿的诊断和治疗提供参考依据。本研究包括以下四部分实验: 1.不同牙周附着水平下颌后牙及其牙周组织改建模型的建立采用Mimics、Geo-magic、CATIA逆向工程建模软件和ABAQUS有限元分析软件，建立了三组牙周附着水平不同的下颌第一磨牙三维有限元模型。结合应变能密度（SED）的骨改建理论，运用有限元分析软件调用自主开发的用户材料子程序（UMAT），建立附着水平不同的下颌第一磨牙牙周组织功能性改建过程的生物力学模型。研究结果表明：本实验构建的下颌第一磨牙牙周组织改建模型，能较好的模拟牙槽骨受力及其密度变化情况，为后期研究下颌后牙牙周组织改建过程及其影响因素做准备。 2.牙周附着水平对下颌后牙牙周组织改建过程的影响利用实验一建立的下颌第一磨牙牙周组织改建模型，并调用已开发的仿真软件MATLAB工具箱，模拟计算牙周附着水平不同的下颌第一磨牙在咬合力作用下，牙槽骨密度变化趋势及骨组织形态变化。研究结果表明：随着牙周附着水平丧失的增加，牙周组织承受咬合力的能力下降。附着水平正常时，420N极端载荷作用下牙槽骨舌侧、根尖区密度小于初始密度值。附着丧失根长1/3时，300N极端载荷作用下松质骨颊侧及根尖区密度下降。附着丧失根长1/2时，240N极端载荷作用下根尖区牙槽骨密度出现下降。 3.咬合力对下颌后牙牙周组织改建过程的影响利用实验一建立的下颌第一磨牙牙周组织改建模型，并调用已开发的仿真软件MATLAB工具箱,模拟计算咬合力（180N-480N）对下颌第一磨牙牙槽骨密度及其骨组织形态变化的影响。研究结果表明：下颌第一磨牙牙槽骨应力主要集中在颊舌侧颈部、根分叉及根尖区。随着咬合力的增加，牙槽骨所受应力值逐渐增大，牙槽骨改建速度也加快。牙槽骨密度则随着咬合力的增大先增加，当咬合力增大到一定数值时，牙槽骨密度则出现下降趋势。 4.咬合力作用时间对下颌后牙牙周组织改建过程的影响利用实验一建立的下颌第一磨牙牙周组织改建模型，并调用已开发的仿真软件MATLAB工具箱,模拟24个月的咬合力作用下牙槽骨组织的改建过程，研究附着水平不同的下颌第一磨牙牙槽骨密度及其形态随咬合力作用时间的变化趋势。研究结果表明：不同附着水平下颌第一磨牙在过大咬合力作用下，牙槽骨密度经过前8个月平稳期，出现先增加后下降的趋势，其中根尖区骨密度下降最明显。随着附着丧失的增加，根尖区出现骨吸收的时间也由24个月缩短为20个月。结论： 1.本研究所建立的模拟下颌后牙牙周组织改建过程的生物力学模型，能较好地描述牙周组织在改建过程中的牙槽骨应力分布、密度及其形态变化情况，研究方法可行，其模拟结果与临床下颌后牙牙槽骨的改建趋势相似。 2.随着牙周附着水平丧失的增加，牙周组织承受咬合力的能力下降，过大的咬合力会引起牙槽骨密度下降直至出现骨吸收，咬合力越大吸收越明显。因此，对于附着丧失的牙齿，需要进行咬合调整使其承担适宜的咬合力，以促进牙周组织的改建，防止牙周组织的进一步吸收和破坏。 3.随着后牙牙周附着水平的下降，牙槽骨改建速度加快，牙槽骨出现改建的时间提前。因此，临床治疗过程中应在关注牙周附着丧失的同时，及时分析牙齿承担咬合力的情况，并早期进行合理的咬合调整治疗。
【图文】：

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图 1-1. 构建三维实体模型技术路线图 1-2. 下颌第一磨牙及其牙周组织三维实体模型A：N 组；B：S1 组；C：S2 组。图 1-3. 附着水平不同的下颌第一磨牙三维实体模型

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1-2. 下颌第一磨牙及其牙周组织三维实体A：N 组；B：S1 组；C：S2 组。 1-3. 附着水平不同的下颌第一磨牙三维实其牙周组织三维有限元模型的建立导入 Abaqus/CAE 6.10(达索 SIMULIA 公司面体单元进行网格划分，，最终获得三组牙周 1-4)，包括附着水平正常（N）组、附着丧失长 1/2（S2）组。其节点数、单元数分别为
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R780.2

【参考文献】