微种植体不同载荷位置影响前牙移动的三维有限元分析

发布时间：2017-04-16 21:23

  本文关键词：微种植体不同载荷位置影响前牙移动的三维有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目的：支抗作为抵制牙齿移动引起的反作用力的装置，一直都是正畸医师关注的焦点。Nance弓，横腭杆，头帽颏兜等传统辅助支抗装置由于异物感、美观、舒适度和对患者的依从性要求等，使其支抗作用受到了制约。微种植体支抗的出现与应用，为医师与患者带来了便利。尤其是对于许多双颌前突、露龈笑、深覆牙合、推磨牙向后等的病例，支抗种植体的作用不能小觑。 三维有限元分析法是利用通过CT扫描等方法建立出的相似性很高的有限元模型，经过函数计算，求解不同节点的应力、位移等，进行仿真模拟生物力学反应，具有较高的可靠性。实验中建立出来的有限元模型可以反复利用，为不同设计的的实验进行对比等提供了平台，同时也节约了成本。 在上颌前突、露龈笑等病例中，上前牙位置的控制尤为重要。因此在治疗过程中，如何使用支抗以达到前牙最大程度的内收或压低从而获得最佳矫治效果成为治疗成功的关键。应用微种植体辅助控制前牙移动已在临床上取得了良好效果，但是目前关于微种植体在不同位置的载荷对于前牙移动的影响尚无明确的理论依据支持。本实验拟用三维有限元法建立上颌骨-牙列-矫治器复合模型，对微种植体在不同位置上载荷对前牙移动的生物力学效应以及临床常用的两种高度不同的牵引钩对前牙运动和应力的影响进行模拟分析，以期为临床更好地应用微种植体辅助控制前牙移动提供理论基础。 方法： 1实验设备： 硬件：W2000CT（多层螺旋CT机，日本日立公司）、计算机、有限元工作站。 软件：Mimics10.0（医学三维重建软件、比利时Materialise公司）、Solidworks2011（三维CAD实体模型设计软件、美国Dassault SystemesS.A公司）、Geomagic11.0（逆向工程软件，美国Geomagic公司）、ANSYSWorkbench13.0（大型通用有限元计算软件，美国ANSYS公司）。 2建立实验模型 2.1获取实验材料 应用螺旋CT对一男性成年志愿者(个别正常牙合)进行颌骨连续扫描，扫描范围自颅骨顶部到下颌颏部下缘，并以DICOM3.0格式存储结果。 2.2松质骨及皮质骨的处理 应用Mimics10.0软件读取Dicom格式的CT扫描结果，提取皮质骨、松质骨、牙体组织等，初步获得上颌骨三维模型，再通过Geomagic逆向工程软件进行修饰，最后导入到ANSYS Workbench中，形成了几何相似性较高的模型。 2.3托槽、弓丝以及牵引钩模型的建立 根据OPA-K的要求和MBT直丝弓托槽的数据标准，建立尺寸为0.018×0.025英寸的上颌弓丝和槽沟为0.022的托槽，并在弓丝的双侧侧切牙与尖牙之间建立牵引钩。 2.4牙周膜实体模型的建立 利用CAD软件Solidworks对上牙列模型进行抽壳建模，沿外边界向外膨胀0.25mm，得到牙周膜实体模型。 2.5有限元模型的建立 使用有限元处理软件ANSYS Workbench将松质骨、皮质骨、上牙列、托槽、弓丝、牙周膜模型按照各自相应的位置，通过布尔运算装配为一体，得到有限元模型。再对模型进行网格划分，材料属性的设定，以进行运算。 3计算 3.1加载条件 设定三种不同位置的微种植体通过牵引钩进行正畸力加载： 载荷A1为前牙区双侧侧切牙、尖牙牙根间的微种植体与牵引钩连接；载荷A2为前牙区双侧中切牙、侧切牙牙根间的微种植体与牵引钩连接；载荷B为后牙区双侧第二前磨牙、第一磨牙牙根间的微种植体与牵引钩连接。 牵引钩设定在两侧侧切牙和尖牙的弓丝中间，设置高度为2mm或5mm。 载荷A1、A2加载力值为50g、75g、100g；载荷B加载力值为100g、150g、200g。 各工况加载情况汇总如下： Case1：5mm牵引钩，A1加载50g。 Case2：5mm牵引钩，A1加载75g。 Case3：5mm牵引钩，A1加载100g。 Case4：5mm牵引钩，A2加载50g。 Case5：5mm牵引钩，A2加载75g。 Case6：5mm牵引钩，A2加载100g。 Case7：5mm牵引钩，B加载100g。 Case8：5mm牵引钩，B加载150g。 Case9：5mm牵引钩，B加载200g。 Case10：2mm牵引钩，A1加载50g。 Case11：2mm牵引钩，A1加载75g。 Case12：2mm牵引钩，A1加载100g。 Case13：2mm牵引钩，A2加载50g。 Case14：2mm牵引钩，A2加载75g。 Case15：2mm牵引钩，A2加载100g。 Case16：2mm牵引钩，B加载100g。 Case17：2mm牵引钩，B加载150g。 Case18：2mm牵引钩，B加载200g。 3.2计算项目与指标 在不同的工况下，分别计算各上前牙在唇舌向的转角值，，垂直位移值，牙和牙周膜的应力峰值，截取牙周膜与牙的应力分布云图。 结果： 1成功建立了几何相似性较高的上颌骨-上牙列-牙周膜-矫治器有限元模型复合体。螺旋CT扫描获得了较为准确的上颌骨解剖结构的三维信息，经CAD、Solidworks及Geomagic软件的处理后，所建模型具有良好的几何相似性和生物力学相似性，能满足生物力学运算的要求。 2相同的加载条件下，随着加载力值的增加，各前牙的转角值、垂直位移值、等效应力值相应增大，但是应力分布趋势不变。 3左右侧同名牙的运动趋势、应力分布基本一致。 4载荷A1、A2加载时，牙周膜的最大主应力分别位于侧切牙、尖牙的牙槽嵴顶区；B加载时，牙周膜的最大主应力位于尖牙的颈缘处。 5A1、A2或者B加载时，上前牙的最大主应力位于牵引钩邻近牙（侧切牙或者尖牙）的牙冠唇面颈1/3处。 6A1加载时，各上前牙做冠唇向、压入移动。牵引钩2mm及5mm时，上中切牙与侧切牙的转角值和垂直位移的变化量无明显区别。 7A2加载时，各前牙做压入移动。 8B加载条件下，牵引钩2mm时，中切牙发生冠腭向、压低运动，牵引钩5mm时，中切牙发生冠唇向、压入移动。牵引钩2mm及5mm时，侧切牙均发生冠唇向、压入移动，尖牙均发生腭向、伸长移动；且牵引钩5mm时较2mm时，移动量增加。 结论： 1三维有限元分析法可以有效地模拟使用微种植体作为支抗加载正畸力时，牙齿及牙周组织的应力、位移变化。 2无论是前牙区的支抗种植体，还是后牙区的高位植入种植体，对于前牙都具有压低作用。50g~100g，100g~200g的作用力并没有引起根尖和颈缘处的过度应力集中。 3临床上可根据不同病人的情况，选择合适的牵引钩高度。对于上前牙唇倾较为严重，需要整体回收较多的患者，建议选择2mm牵引钩；对于需要保持上前牙直立状态，上前牙需要更多压低的患者，建议选择5mm牵引钩。
【关键词】：有限元分析 微种植体 内收前牙 压低前牙 应力分布
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R783.6
【目录】：

• 摘要4-8
• ABSTRACT8-14
• 前言14
• 材料与方法14-18
• 结果18-21
• 附图21-28
• 附表28-33
• 讨论33-39
• 结论39-40
• 参考文献40-42
• 综述 微种植体对前牙控制的临床疗效与对比研究42-53
• 参考文献48-53
• 致谢53-54
• 个人简历54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄晓峰;韩培彦;;种植钉与口外力作为正畸强支抗的临床比较研究[J];北京口腔医学;2007年04期

2 韩尚哲;周智洪;陈瑶;温秀杰;;微种植体与传统Nance弓联合横腭杆支抗治疗成人双颌前突的临床疗效比较[J];第三军医大学学报;2011年19期

3 安志良;胡玉柱;詹颖;张朝晖;刘志利;;微型种植体支抗在内收前牙正畸治疗中的临床应用[J];国际口腔医学杂志;2008年01期

4 史建陆;林艺

本文编号：311725