犬牙槽突裂有限元模型的建立与生物力学分析

发布时间：2017-05-13 18:16

  本文关键词：犬牙槽突裂有限元模型的建立与生物力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目的： （1）建立含骨缝犬单侧牙槽突裂的三维有限元模型，为指导动物实验设计和相关研究以及临床牙槽突裂植骨后的治疗提供可靠的理论依据和临床指导。 （2）基于三维有限元模型，通过比较不同力值扩弓力加载在相同牙齿上时，植骨区和腭中缝的应力和位移变化，探讨合适的加载力值。 （3）基于三维有限元模型，通过比较相同力值扩弓力加载在不同牙齿上时，植骨区和腭中缝的应力和位移变化，探讨合适的加力牙齿的选择。 方法： （1）对Beagle犬全头颅进行螺旋CT扫描，获得连续DICOM格式的标准文件，并导入MIMICS医学图像处理软件，分割牙齿、牙周膜以及颌面部其他骨块，进行牙槽突造裂及植骨处理，建立初始几何模型；运用逆向工程软件Geomagic Studio建立骨缝的实体模型，并对模型进行光顺与优化处理；将优化后的模型导入有限元前后处理软件Femap，赋予相应的材料参数，生成三维有限元网格，建立了含骨缝犬单侧牙槽突裂的有限元模型。并验证模型的准确有效性。 （2）模拟临床上的扩弓治疗，在双侧犬齿上加载四组（G1-G4）不同力值（5MPa、10MPa、20MPa、30MPa）的扩弓力，比较四组植骨区和腭中缝的应力和位移变化。 （3）将双侧犬齿（G5）、双侧第四前臼齿(G6)以及双侧犬齿和第四前臼齿(G7)分为三组，模拟临床上的扩弓治疗，分别对其加载相同力值（10MPa）的扩弓力，比较三组植骨区和腭中缝的应力和位移变化。 结果： （1）建立了符合不同研究目的含骨缝犬单侧牙槽突裂的三维有限元模型，模型包含了牙齿、牙周膜、骨块、植入骨块及腭中缝等骨缝，共由3939729个实体单元和805570个节点组成。模型的验证结果与预实验结果一致。 （2）模拟加力后，四组植骨区和腭中缝均有受到来自扩弓器的作用力，并随加载力值的增大而增大。G3、G4裂隙侧犬齿的位移量远远大于健侧，双侧不对称位移量过大，而G1双侧犬齿的位移量虽相近，但其植骨区及腭中缝所受到的拉应力较小。只有G2裂隙侧犬齿位移量略大于健侧，且其植骨区及腭中缝全段均有受到拉应力刺激。 （3）模拟加力后，三组植骨区均有受到来自扩弓器的作用力，扩弓力在植骨区通过植入的骨材料向近中传递。G5及G7的植骨区及腭中缝全段均受到拉应力，G6的植骨区及腭中缝中段受到的拉应力较小，前段甚至出现压应力。G6及G7健侧犬齿及健侧第四前臼齿位移量均大于裂隙侧。只有G5的植骨区和腭中缝全段均受到拉应力刺激，且裂隙侧犬齿位移量略大于健侧。 结论： （1）利用螺旋CT和MIMICS、Geomagic Studio、FEMAP软件相结合的方法生成的有限元模型结构准确，具有良好的几何相似性以及力学相似性，可用于分析计算。 （2）通过有限元分析得出，将10MPa作为扩弓治疗的加载力值，双侧加力的犬齿位移量相对较接近，，且植骨区和腭中缝全段均受到拉应力刺激，故建议在动物实验时选择10MPa作为扩弓力加载的力值。 （3）通过有限元分析得出，仅对犬齿加载扩弓力，其植骨区和腭中缝全段均受到拉应力刺激，且裂隙侧犬齿位移量略大于健侧。此外，由于犬齿的形态及解剖位置较易于临床操作和放置扩弓器，故建议在动物实验时选择犬齿作为扩弓力加载的牙齿。
【关键词】：牙槽突裂 骨缝 三维有限元模型 MIMICS软件 Geomagic Studio软件 生物力学
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R783.5;R-332
【目录】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-13
• 目录13-17
• 第一章 前言17-30
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 动物实验18-27
• 1.2.1 实验动物的选择18-19
• 1.2.2 犬解剖结构19-21
• 1.2.3 牙槽突裂动物模型的建立21-22
• 1.2.4 牙槽突裂动物模型的预实验22-27
• 1.3 生物力学研究27-29
• 1.3.1 有限元法27-28
• 1.3.2 相关研究28-29
• 1.4 提出问题29-30
• 第二章 犬牙槽突裂有限元模型的建立30-54
• 2.1 材料与方法30-37
• 2.1.1 建模材料30-31
• 2.1.2 建模方法31-36
• 2.1.3 三维有限元模型验证36-37
• 2.2 结果37-48
• 2.2.1 初始几何模型建立37-39
• 2.2.2 实体几何模型建立39-41
• 2.2.3 骨缝几何模型建立41-42
• 2.2.4 三维有限元模型建立42-44
• 2.2.5 模型验证结果44-48
• 2.3 讨论48-52
• 2.3.1 关于建模软件48-49
• 2.3.2 关于三维有限元模型的建立49-50
• 2.3.3 关于骨缝的建立50-51
• 2.3.4 关于骨缝弹性模量的选择51
• 2.3.5 关于有限元模型的验证51-52
• 2.4 结论52-54
• 第三章 犬牙槽突裂有限元模型的生物力学分析54-70
• 3.1 材料与方法54-59
• 3.1.1 研究模型54
• 3.1.2 加力大小的选择54-57
• 3.1.3 加力牙齿的选择57-59
• 3.2 结果59-66
• 3.2.1 加力大小的选择59-63
• 3.2.2 加力牙齿的选择63-66
• 3.3 讨论66-69
• 3.3.1 关于加力大小的选择66-68
• 3.3.2 关于加力牙齿的选择68-69
• 3.4 结论69-70
• 全文总结70-71
• 参考文献71-77
• 附录77-87
• 参考文献84-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：363284