上頜前牙內(nèi)收力系的三維有限元研究.pdf

1、上頜前牙的位置對(duì)于顏面美觀以及口頜系統(tǒng)的功能具有極其重要的影響，上頜前牙的內(nèi)收是臨床正畸治療的一個(gè)關(guān)鍵階段。在不同的臨床矯治體系中采用不同的上頜前牙內(nèi)收力系。目前，上頜前牙的內(nèi)收力系主要分為連續(xù)弓絲內(nèi)收力系和片段弓內(nèi)收力系。不同矯治體系中上頜前牙內(nèi)收力系的生物力學(xué)機(jī)制是不同的，而在同一矯治體系中，載荷條件的變化也會(huì)產(chǎn)生前牙移動(dòng)方式的變化。因此，對(duì)于臨床正畸醫(yī)師而言，了解各種上頜前牙內(nèi)收力系的生物力學(xué)機(jī)制是至關(guān)重要的。 以往關(guān)于上

2、頜前牙內(nèi)收力系的研究主要采用全息干涉法、光彈法以及磁力感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究。上述方法極力對(duì)影響上頜前牙內(nèi)收力系的相關(guān)因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，因此，在得出一定有意義結(jié)果的同時(shí)模型的仿真程度還有待提高。三維有限元法(FEM)是一種常用的理論應(yīng)力分析方法，被廣泛應(yīng)用于正畸牙移動(dòng)的研究。以往建立的三維有限元模型以單個(gè)牙為主，而研究上頜前牙內(nèi)收力系的較為復(fù)雜的三維有限元模型目前尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。 目的： 探索建立上頜前牙內(nèi)收力系的三維有限元模型的

3、建模方法，建立高仿真的包含有上頜骨、牙槽骨、上牙列的三維有限元模型。在該模型基礎(chǔ)上建立上頜弓絲、托槽以及微植體的三維有限元模型。用上述模型對(duì)滑動(dòng)機(jī)制的上頜前牙內(nèi)收力系以及片斷弓內(nèi)收力系的生物力學(xué)機(jī)制進(jìn)行相關(guān)分析，為正畸臨床矯治提供生物力學(xué)依據(jù)。此外，上頜前牙內(nèi)收時(shí)阻抗中心以及旋轉(zhuǎn)中心的位置也是本研究的一個(gè)重點(diǎn)。 方法： 用64排螺旋CT對(duì)一具解剖結(jié)構(gòu)完整含上牙列的干顱進(jìn)行斷層掃描。二維CT圖像輸入到MIMICS軟件選擇上

4、頜骨、上牙槽骨、上牙列的數(shù)字信息，將不需要的信息予以去除。對(duì)經(jīng)處理的二維斷層圖形進(jìn)行三維重建得到包括上牙列的上頜骨的三維幾何圖像。然后將上述幾何模型輸入到三維有限元軟件ABAQUS進(jìn)行牙齒位置的調(diào)整。最后，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，賦材質(zhì)建立含上牙列的上頜骨三維有限元模型。 根據(jù)Opa-K直絲弓矯治器的要求，在ABAQUS前處理程序中制作直絲弓矯治器的弓絲和托槽以及牽引鉤。使得弓形滿足方程Y=2.115×10<'-5>+1.248×1

5、0<'-2>X<'2>-1.289.然后制作微種植體并植入到上頜第一磨牙和第二雙尖牙之間，進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分、賦值，建立微植體滑動(dòng)法內(nèi)收上前牙的三維有限元模型。分別計(jì)算當(dāng)微植體植入高度距離弓絲為4mm、8mm，牽引鉤高度分別為1mm，4mm，7mm，10mm時(shí)在2N牽引力的作用下上頜前牙發(fā)生的初始位移。 研究用片斷弓矯治技術(shù)對(duì)上頜前牙進(jìn)行內(nèi)收時(shí)，水平力作用下上頜前牙的阻抗中心的位置以及力的作用點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果與用全息

6、干涉法以及光彈法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。 結(jié)果： 建立了包含上牙列的上頜骨三維有限元模型。該模型建立便捷、快速、幾何相似性好，具有模塊化特點(diǎn)。 從基于微種植體的直絲弓滑動(dòng)法內(nèi)收上頜前牙的三維有限元模型分析可知，微植體低位植入有利于上前牙發(fā)生冠舌向傾斜移動(dòng)，而微植體高位植入有利于上前牙發(fā)生冠唇向移動(dòng)。牽引鉤長(zhǎng)度的增加使得上前牙更容易發(fā)生冠唇向旋轉(zhuǎn)。而較高的牽引鉤對(duì)主弓絲產(chǎn)生的扭矩對(duì)上前牙產(chǎn)生額外的冠唇向轉(zhuǎn)矩。

7、上頜前牙內(nèi)收時(shí)的阻抗中心位于距離牙槽嵴頂5.1mm處，當(dāng)水平牽引力低于該高度時(shí)，上前牙發(fā)生順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)水平牽引力高于該高度時(shí)，上前牙發(fā)生逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；當(dāng)水平牽引力通過(guò)這一高度時(shí)，上前牙產(chǎn)生整體移動(dòng)。 結(jié)論： 通過(guò)應(yīng)用MIMICS和ABAQUS軟件使得建立較復(fù)雜的包含上牙列的上頜骨三維有限元模型的過(guò)程更為簡(jiǎn)單、快速，同時(shí)模型的幾何相似性得到很大程度的提高。 揭示了基于微種植體支抗技術(shù)的直絲弓滑動(dòng)法內(nèi)收上前牙