牙齿和牙齿矫正器械的三维有限元研究

论文摘要

随着社会的不断发展,经济水平的不断提高,人们的审美意识和对生活品质的要求越来越高,对矫治错牙合畸形的要求也越来越迫切,口腔正畸临床技术蓬勃发展。在这个前提下,计算机体层摄影技术（CT）在口腔中的应用应运而生。CT了解骨骼畸形、牙根发育状态、牙齿与邻牙之间的相互关系和牙齿、牙周情况,但要真正了解在正畸过程中牙齿的位移及各组织的应力分布情况,仅仅依靠CT扫描或者力学实验是非常不够的,因为生物系统相当复杂,通常的力学实验基本上无法直接应用于人体,生物系统建模与仿真研究可把生物系统简化为数学模型,并对这些模型用计算机进行分析,以代替复杂、昂贵乃至无法实现的实验。本论文简单介绍了口腔正畸学科基础及口腔正畸生物力学的发展,指出了论文的研究背景和研究意义。介绍了牙齿和矫正器械实体模型的建立过程,其中重点介绍了牙齿的建模过程,探讨了现在国内外常用的几种建立模型的方法,本研究利用CT扫描健康青年的牙齿,将保存的DICOM格式的文件在E-film医学成像软件中打开,然后利用MATLAB程序编程对牙齿各组织进行边界识别,导入ANSYS10.0里进行牙齿、牙周膜、牙槽骨模型的建立。本文利用基于参变量变分原理的有限元参数二次规划法和多重子结构技术对弓丝和托槽之间接触力也就是弓丝在托槽内就位时产生的反弹力进行求解。对弓丝产生的反弹力的规律进行了总结归纳。这也是本文的亮点所在。本文将所求得的弓丝的反弹力施加于所建立的牙齿及矫正器械的有限元模型上对牙齿各组织的应力分布及位移趋势进行分析,根据所查资料,目前正畸力均是以集中力或集中力矩的形式进行施加,这样势必会有误差。所以我们建立的有限元模型更加准确。必然会为正畸临床治疗提供重要的理论依据,为今后的其他研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 错牙合畸形的危害
• 1.1.2 口腔正畸生物力学研究的意义
• 1.2 口腔正畸学基础
• 1.2.1 口腔正畸的基本原理
• 1.2.2 口腔正畸的矫治方法
• 1.2.3 口腔正畸常用的矫治器
• 1.2.4 国内外口腔正畸学的发展
• 1.2.5 口腔正畸学与其他学科的关系
• 1.3 口腔正畸生物力学简介
• 1.3.1 口腔生物力学研究方法
• 1.3.2 口腔正畸生物力学的发展
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 计算理论与算法
• 2.1 有限元基本理论
• 2.1.1 有限元基本思想
• 2.1.2 有限元法求解步骤
• 2.2 参变量变分原理
• 2.3 非线性分析多重子结构法
• 本章小结
• 第三章 牙颌组织和矫正器械三维实体模型的建立
• 3.1 牙颌组织三维实体建模方法
• 3.1.1 磨片、切片法建模
• 3.1.2 三维测量法建模
• 3.1.3 CT 扫描法建模
• 3.2 牙齿三维实体模型的建立
• 3.2.1 数据的获得
• 3.2.2 CT 图像边缘轮廓的识别和提取
• 3.3 托槽和弓丝实体模型的建立
• 3.3.1 托槽模型的建立
• 3.3.2 弓丝模型的建立
• 本章小结
• 第四章 弓丝和托槽接触力的计算和分析
• 4.1 托槽和弓丝有限元模型的建立
• 4.2 弓丝和托槽接触力分析
• 4.3 侧切牙错位时弓丝的选择
• 本章小结
• 第五章 上颌切牙和尖牙有限元模型的建立及分析
• 5.1 上颌切牙、尖牙实体模型的建立
• 5.2 上颌切牙、尖牙有限元模型的建立
• 5.2.1 网格的划分
• 5.2.2 所建立的模型与实体的生物相似性
• 5.2.3 模型的加载与约束
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 不同工况时牙根应力分布
• 5.3.2 不同工况时牙周膜应力分布
• 5.3.3 侧切牙矫正过程中整体牙周膜、牙根、牙槽骨应力比较
• 5.3.4 侧切牙舌向错位距离不同时牙齿位移情况
• 5.3.5 牙槽骨高度不同时牙齿位移情况
• 5.3.6 侧切牙扭转且有舌向错位时牙齿位移情况
• 5.4 讨论
• 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢