口腔正畸过程中的牙齿移动机理在当前并朱研究清楚，造成了正畸治疗方案设计大多基于经验，缺乏理论的指导，治疗时间长，治疗效果不理想。为解决上述问题，本文结合使用逆向工程、空间运动学、有限元方法以及生物力学和连续介质力学的方法，建立了和临床状态符合较好的牙颌数字模型。研究了牙周膜这一生物组织的力学特性并力图建立一个更加合适的非线性本构模型，在此基础上研究了牙周膜建模仿真的一些关键问题。使用计算机辅助检测方法求解了临床状态下的牙齿三维空间位移，设计了一种方法用来求解临床状态下的正畸力，获得牙周组织的任给时刻的力学响应。在此基础上研究了基于阻抗中心的现象模型，并对股骨重建理论应用于正畸有限元仿真进行了研究，提出了一个必要条件。使用计算得到的正畸力系和牙齿位移对上述两个方丽进行了分析验证，最后基于二次开发技术使用非线性有限元方法对正畸过程进行了动态仿真。　　 使用CT扫描获得牙颌的组织结构数据，通过逆向工程方法建立了牙齿、牙周膜、牙槽骨的实体模型和有限元模型。在此基础上建立了矫治器的模型，按照临床状态将矫治器安装到牙齿上面。建立弓丝和托槽在自由状态有限元模型，并按照临床的约束情况将两者装配在一起。使用空间运动学的方法求得了托槽从自由状态到矫治开始状态的位移，用此位移作为边界条件，通过有限元仿真弓丝从自由位置移动到矫治开始时刻的过程，获得了正畸矫治开始时刻的正畸力。用该正畸力进行有限元仿真，获得了在正畸力下的牙周膜组织初始响应。本部分主要包含两方面的内容：一是口腔正畸牙颌组织和矫治器联合建模，二是介绍求解正畸初始力系和牙周膜响应的方法，为后面进一步研究做一个铺垫。　　 对生物力学的一些基本原理和实验方法进行了介绍，对牙周膜的生物力学特性以及实验研究的现状进行了分析，选择了两组数据进行研究。基于连续介质力学和生物力学的理论，讨论了基于现象机制的牙周膜超弹性模型形式。通过实验数据对各种超弹性模型进行参数拟合，研究了各种模型描述牙周膜力学特性的能力，确立了一种相对合适的超弹性模型，并获得了模型参数。研究建立了牙周膜一种超粘弹性模型的数学形式，对已有的实验数据进行推导和转化，获取模型参数，在此基础上进行有限元分析，初步探讨牙周膜力学特性，并对该本构模型适用性进行评价。　　 针对研究中发现的超粘弹性模型的缺陷，在小应变范围内讨论了次弹性模型描述牙周膜力学特性的能力。基于各向同性的假设以及单轴拉伸的实验数据，通过选择一个单轴应力扩展到多轴应力的方法,建立了一个牙周膜次弹性模型。使用已有和本文构建的的几种本构模型，对实验进行了仿真，对比分析了上述模型的有效性，讨论了牙周膜可能的力学特性，并对牙周组织有限元建模的一些问题进行了研究。通过该部分的研究，大致上确立了一个比较合适的牙周膜本构模型。　　 首先对使用手 工方法测量牙齿位移进行了研究，提出了一种基于三点测量的牙齿三维空间位移测量方法。对比各种测量方法，基于高精度光栅扫描获得的牙模位移测量，通过逆向工程建模、图像配准技术和高等机构学相结合的方法较高精度的获取了牙齿三维空间位移。在获得牙齿位移以后，使用该位移作为边界条件，结合非线性有限元仿真来求解正畸过程中任意状态的矫治力系。本部分将重点研究求解正畸力方法的有效性，特别是摩擦力对该方法的影响，提出了解决方法并进行了验证对比。在该部分中将获得正畸中选定的几个时刻上所有牙齿的空间位移，以及作用在其上的正畸力系。　　 对现有的口腔正畸机理的数学模型进行了分析和总结，讨论了作为牙齿移动模型的一个重要部分的牙齿阻抗中心的概念，通过三维空间运动学的方法，结合各种非线性本构模型，使用有限元仿真，对这个概念进行了验证。根据骨重建规律和牙齿移动的特点使用空间运动学和连续介质力学的理论提出骨改建规律用于牙周膜仿真的一个必要条件；将口腔正畸学广泛默认的一个假说转化为一个数学模型，结合本文获得的正畸力和牙齿长期位移对该理论和前面提出的必要条件进行了验证.本部分考虑了牙齿耦合和牙齿孤立两种情况，并结合激光散斑实验对有限元仿真方法进行对比，对本文的有限元建模方法进行分析和验证。　　 分析了口腔正畸动态仿真的现状，认为牙周膜的厚度变化在正畸研究中不可忽视，提出了基于组织层次进行动态仿真的一个方法。该方法结合已有的一个骨改建模型，通过使用脚本语言控制牙周膜边界条件，来实现牙周膜厚度变化的仿真。该方法能够描述牙周膜在正畸过程中的厚度变化，既能动态的对正畸过程进行仿真，也能结合临床实验数据对一个已有的骨改建模型进行验证。