下颌中切牙瓷贴面复合体的动态三维有限元研究

发布时间：2020-08-13 16:53

【摘要】：研究背景：近年来，随着审美意识的不断提高，人们对牙齿美容修复的意愿越来越强。下前牙外形小，可供预备的牙体组织少，亚洲人尤为突出，所以下颌切牙的美容修复，瓷贴面较全瓷冠更为适用。但在临床应用中，瓷贴面仍存在崩裂和脱离的问题。国内外学者采用有限元法对贴面复合体的应力分布，进行了大量研究。但对下前牙瓷贴面修复体的相关力学分析，未见相关的研究报道。目的：建立上下颌中切牙实体模型及下中切牙瓷贴面复合体的精细三维有限元模型，为后续瓷贴面复合体的生物力学研究奠定基础。采用动态三维有限元方法模拟前牙咬合，全程描述下颌中切牙瓷贴面复合体生理咬合过程，分析瓷贴面复合体受力状况及变化规律，为动态有限元方法在口腔生物力学分析中的应用和瓷贴面的临床设计与制作提供理论依据。方法：本研究通过三个实验完成： 1、基于Micro-CT数据的上下颌中切牙三维实体模型的建立选择外科因牙周病拔除的外形良好、无龋、无缺损、无充填体的成人上下颌中切牙作为标本，其长、宽、高接近正常中切牙均值。用GE Explore Locus Micro-CT进行断层扫描，通过Mimics10.01软件采集釉质、本质及髓腔的点云数据，数据分割，三维重建，再导入Goemagic studio V9软件中进行细化和精修，通过Catia V5R19软件完成曲面拟合并进行布尔运算，整合釉质、牙本质及髓腔系统，形成牙体组织的三维实体模型。 2、下颌中切牙瓷贴面复合体三维有限元模型的建立并进行静态加载，通过收敛试验验证其有效性将试验1已经建立的下颌中切牙的实体模型，在CatiaV5R19软件中进行模型切割，模拟预备下颌中切牙。通过布尔减运算，建立贴面层及树脂粘接剂层，并导入到ANSYS workbench软件中划分网格，建立了下颌中切牙瓷贴面复合体的有限元模型。模拟前牙咬合状态进行静态加载，通过收敛试验验证模型的有效性。 3、动态有限元法在下颌中切牙瓷贴面复合体咬合过程中的应用定义在咬合过程中瓷贴面和基牙间为无滑动的bonded接触关系、上颌中切牙与下颌中切牙瓷贴面复合体的接触面为无摩擦的frictionless接触关系，动态加载150N，分析下颌中切牙瓷贴面复合体所承受的von Mises应力的部位及峰值，并与试验2的静态加载进行对比。结果：1.建立了包含牙釉质、牙本质、牙髓、牙槽骨的上下颌中切牙的精细三维实体模型，模型具有非常高的精确度。 2.建立了包含牙髓、牙本质、牙釉质、粘固剂层、瓷贴面、牙槽骨的下颌中切牙瓷贴面复合体的精细三维有限元模型，网格划分后共具有771788个单元，551587个节点。经收敛试验验证，所得模型具有良好的生物力学相似性。 3.动态加载比静态加载更敏锐的反应牙齿的生物力学变化，牙齿的应力分布更清晰、合理，更符合牙齿生理受力后情况。在咬合过程中，瓷贴面复合体切端近中和唇舌侧肩台处承受的von Mises较大。瓷贴面唇侧颈缘应力值始终保持较高的应力水平，且随加载时间增加逐渐增大，咬合过程的中后段应力达到峰值，随后下降。结论：应用Micro-CT扫描数据结合逆向工程软件Geomagic Studio V9、CatiaV5R19和有限元分析软件Ansys14.0建模，是牙体组织精细三维有限元模型建立的有效途径，且方法快捷可行、准确度高。与静态有限元法相比，动态有限元法对咬合过程的模拟更接近实际生理状态。下中切牙切端和唇舌侧肩台处一定要设计并预备出合理的形状，使瓷贴面和基牙避免应力集中。
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R783.5
【图文】：

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图 2 牙齿截面断层图像并初步建模通过 import image 命令将 DICOM 数据导入 Mimics根据牙齿的不同组织所对应不同的灰度值，设定阈值，来识取牙体髓腔；通过蒙板工具（MASK）、区域生长工具（REGION GROW辑（EDIT MASK）工具识取具有相似灰度特征的目标区域进行数据编辑好的蒙板运用 3D 模型工具（CACULATE 3D）计算生成 3D 实TL(Standard Template Library)格式保存。见图 3，4。

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图 2 牙齿截面断层图像.2 分割并初步建模通过 import image 命令将 DICOM 数据导入 Mimics1件中。根据牙齿的不同组织所对应不同的灰度值，设定阈值，来识取牙体、质及牙髓腔；通过蒙板工具（MASK）、区域生长工具（REGION GROWIN模板编辑（EDIT MASK）工具识取具有相似灰度特征的目标区域进行数据分合；将编辑好的蒙板运用 3D 模型工具（CACULATE 3D）计算生成 3D 实体，以 STL(Standard Template Library)格式保存。见图 3，4。

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图 4 精修前 3D 实体模型.3 三维几何模型的精修将牙体、牙本质、髓腔的图形文件导入 Goemadio V9 软件进行模型的细化和精修：对于高度折叠区域，选中包含折叠区的行删除，接着进行填洞（FILL HOLE）；对于毛刺部分，用砂纸(SANDPAPE，对于大范围小曲率的凹凸不平，则使用整体光滑（SMOOTH）命令。反用这三种方法，直至所得模型表面平整光滑为止。用自动曲面（AURFACE）和拟合曲面（FIT SURFACE）进行拟合，并生成体，将以上曲面牙体各部件的实体模型以 IGES(The Initial Graphics Exchange Specification存。见图 5。

【参考文献】