上中切牙压入移动的力学仿真分析

论文摘要

上颌前牙位置对于颜貌美观及口颌功能具有极其重要的影响,在许多上颌前牙段牙槽嵴发育过度的患者中,如何有效的压低上颌前牙,改善唇龈关系,获得美观的笑线是正畸的一大矫治难点。正畸医师通过力获得牙齿的移动,在正畸治疗中,正确地理解矫治力的传递,以及相应的牙、牙周膜、颌骨等组织受力后的生物力学效应是正畸医师合理设计矫治方案、进行有效正畸治疗的前提和基础,也是治疗成败的关键。在压低牙齿的过程中,随着年龄的增长,牙槽骨吸收和牙龈增龄性萎缩,牙槽嵴高度降低,压入牙移动更为困难。如何准确的控制力值,防止过大力引起牙周变形坏死,牙根吸收,有效的压低上中切牙一直是困扰正畸医师的难题之一。牙周膜是牙周支持组织的一部分,起着缓冲、支持、营养的作用。以往对牙及其支持组织的生物力学问题多采用光弹法、动物实验、体外数学模型、激光成像等手段进行研究。随着计算机技术的发展,一种常用的数值仿真分析方法——三维有限元法（FEM）,凭借其模型的良好的几何相似性与力学相似性,也逐步广泛应用应用于牙及其支持组织的研究。目前,在大多数涉及牙、颌骨的口腔生物力学问题的数值仿真分析中,大多忽略了牙与牙槽骨之间的牙周膜主纤维结构,直接假设其为各向同性的均质体。实际上,牙周膜是包含诸多纤维和基质的复杂结构,在三维有限元模型上构建的牙周膜主纤维及基质的表现方式对牙周组织应力分布的模式及大小都具有重要的影响。在压低中切牙的过程中,由于牙颌面结构比较复杂,往往不能达到整体移动。随着现代正畸矫治技术的发展,出现了更多不同的压低装置,赋予了正畸医师从不同角度压入上中切牙的能力。但是,大多数正畸医师往往依据临床经验选择压入的治疗手段,缺乏较为客观的生物力学参考依据去指导临床选择。尤其是,对于不同牙槽骨高度的上中切牙患者选择何种治疗手段、何种角度更为有效亦不明确,亟待有效的生物力学客观依据指导临床治疗。因此,本研究在计及牙周膜主纤维因素的基础上,探索包含牙周膜主纤维的“上颌中切牙-骨块”三维有限元模型的构建方法,对不同牙槽嵴高度和不同加载角度时压低上中切牙的生物力学效应进行仿真分析,以期为临床治疗手段的选择提供生物力学依据。应用64排螺旋CT对一具解剖结构完整含上牙列的干颅进行断层扫描。二维CT图像输入到MIMICS软件选择上中切牙的数字信息,滤除不需要的信息,将处理的二维断层图形进行三维重建获得上颌中切牙的三维逼真几何图像并导入ANSYS10.0中。通过缩放操作,获得上中切牙牙周膜,模拟上颌骨形态建立牙槽骨,建立牙周膜并行网格划分,赋予生物材料力学属性建立上颌中切牙-骨块三维有限元模型。在“上颌中切牙-骨块”模型中,确定上颌中切牙根尖点和牙槽嵴定点,依据不同牙槽嵴高度,植入不同的深度,以分别模拟牙槽嵴高度减少为0mm、2mm、4mm、6mm时,受到1 N垂直向压入力的中切牙的牙周膜初始最大应力值和初始最大位移值,加力点位于距上中切牙切缘约4.5mm处的近远中中心点。在牙槽嵴高度一定的“上颌中切牙-骨块”模型中,加力点和力值不变的情况下,变换不同的力的加载方向:-30。、-15。、15。、30。,以牙体长轴为0。为标准,唇向为正,舌腭向为负。计算并比较五种结果,为临床压低前牙提供生物力学依据。本研究快速建立了包含牙周膜主纤维的“上颌骨中切牙-骨块”三维有限元模型,具有几何相似性好,可模块化操作特点。在垂直载荷作用下,随着牙槽嵴高度的降低,牙齿的最大初始位移值、最大初始应力值均增大,无纤维组的初始最大位移值和应力值始终大于纤维组值。当牙槽嵴高度约1/2时,初始最大应力值、位移值显著增加,约为牙槽嵴完好时的4倍。Y方向即垂直向获得最大初始最大位移值,其初始最大位移值、应力值均位于根尖或近根尖处牙槽骨。加载角度与牙体长轴成15。、30。、-15。、-30。时,纤维组与无纤维组的初始应力值均增大,且舌向加载30。的初始应力最为显著,达到75.6E-03MPa,纤维组较无纤维组初始应力增加更为平缓,无纤维组的应力值较纤维组更为显著。牙齿在Z方向,即唇舌向的初始位移值最大,在牙槽骨高度降低不及6mm时,X、Y、Z三个方向的初始位移值均增加,无纤维组大于纤维组,颊舌侧加载方向相差不大。当牙槽嵴减少6mm时,其力值增加最为显著,无纤维组大于纤维组,舌向加载大于唇向加载,舌向加载30。得到最大值8.234E-03mm,唇侧加载15。获得最小值4.87E-04mm。且当牙槽高度降低6mm时,在Y方向上,无纤维组舌向30。初始位移值增加最为显著,约为牙槽嵴完好时的5倍。对加载角度而言,30。载荷形成的初始位移值更大。本研究初步探讨性的建立了牙周膜主纤维的模型,揭示了牙周膜纤维的在应力分析中的作用,分析了不同牙槽骨度在垂直载荷时的应力分部及其位移程度;比较在不同角度载荷压低前牙时,牙周膜内的应力分布规律,发现颊向加载15。力值其应力值最小,为临床正畸治疗提供生物力学理论指导。

论文目录

• 英汉缩略语名词对照
• 中文摘要
• 英文摘要
• 论文正文：上中切牙压入移动的力学仿真分析
• 前言
• 第一部分 上颌中切牙-骨块三维有限元模型的建立以及牙周膜建模方法的探讨
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 第二部分 不同牙周支持高度时压入移动上颌中切牙的力学仿真分析
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 第三部分 不同压入角度时上颌中切牙压入移动的力学仿真分析
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 文献综述
• 全文总结
• 致谢
• 研究生期间发表论文一览表及学术交流情况