上颌牙列的方丝弓正畸有限元分析

论文摘要

随着生物力学及计算机技术的快速发展,三维有限元法作为一种研究口腔正畸的有效手段,已被广泛用于研究正畸作用力下,牙颌组织的位移和应力分布的特点。建立具有良好几何相似性和力学相似性的三维有限元模型,应用有限元法分析牙颌系统的应力和位移,可为方丝弓正畸治疗中提供相应的理论指导,具体内容主要包括：将Dicom格式图片导入比利时Materialise公司的交互式的医学影像软件Mimics8.1。在Mimics显示的冠状面、矢状面以及横断面图像中,设置合适的灰度阈值,选取牙齿部分,进行修正,输出上颌牙列的三维模型。利用有限元分析软件ANSYS对牙齿模型进行前处理,建立包含牙槽骨、托槽和方丝弓的有限元模型,并进行网格划分和材料属性赋值。正畸力垂直施加在方丝弓模型的外侧表面上,并通过托槽作用在牙齿表面。对模型进行有限元分析,牙齿整体出现位移,牙根部分出现应力集中区域。正畸力加在方丝两端,分析牙齿应力与位移的变化。另外,针对目前正畸治疗中,少年儿童的正中门牙突出矫治病例占了相当大的比例,本文比较了在不同托槽高度的加载下,正中门牙的位移和应力分布,确定了最佳的托槽高度。本文建立了包含上颌牙列、牙槽骨、托槽、方丝弓的三维有限元模型,并进行了整个牙列及单颗牙齿的应力位移分析,有效地反映了方丝弓正畸治疗过程中的生物力学状况,为医生改进正畸治疗方案提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 方丝弓正畸的发展
• 1.2.2 牙颌建模方法的发展
• 1.2.3 有限元法在牙颌组织中的应用发展
• 1.3 选题的意义
• 第2章 DICOM及MIMICS介绍
• 2.1 医学图像通讯标准DICOM
• 2.2 医学有限元仿真软件MIMICS
• 第3章 建立模型
• 3.1 利用MIMICS从CT图像建模
• 3.1.1 原始CT图像
• 3.1.2 导入MIMICS
• 3.1.3 选取牙齿部分
• 3.1.4 修正牙齿部分
• 3.1.5 设置模型的精度参数
• 3.1.6 输出LIS文件
• 3.2 ANSYS对牙齿模型的处理
• 3.2.1 读入模型
• 3.2.2 APDL命令流
• 3.2.3 完成有限元模型创建
• 3.3 建立托槽和方丝弓模型
• 3.4 托槽的参数化设计
• 3.4.1 UIDL概述
• 3.4.2 程序内容
• 3.4.3 建模流程
• 3.5 三维有限元模型的说明
• 3.5.1 图像转换
• 3.5.2 托槽与牙面的关系
• 3.5.3 材料属性的选定
• 3.5.4 牙周膜的简化
• 第4章 方丝弓正畸的生物力学基础
• 4.1 矫治力
• 4.1.1 矫治力的种类
• 4.1.2 矫治力的作用形式
• 4.1.3 最适矫治力
• 4.2 牙齿移动的生物学基础
• 4.2.1 牙周组织的反应性变化及其机理
• 4.2.2 牙体组织的反应性变化
• 4.2.3 矫治过程中牙齿移动的类型
• 4.3 方丝弓矫治技术
• 4.3.1 托槽
• 4.3.2 弓丝
• 4.3.3 矫治的六项基本法则
• 4.3.4 方丝弓矫治器的特点
• 4.3.5 方丝弓矫治器的基本原理
• 4.3.6 理想弓
• 第5章 上颌牙列的正畸受力分析
• 5.1 上颌牙列的有限元模型
• 5.2 加载方式和约束条件
• 5.3 应力分析
• 5.4 位移分析
• 5.5 方丝两端加载
• 第6章 正中门牙的正畸方案比较
• 6.1 正中门牙有限元模型
• 6.2 三种托槽高度的加载
• 6.3 结果分析与比较
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢