上前牙压低时不同加载方式对其受力及牙周膜初始应力分布影响的研究

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目的:准确、高效地建立上颌前牙段牙齿—牙周支持组织—矫治系统的三维有限元模型,研究模拟微种植体支抗压低上前牙时,不同加载方式作用下上前牙的受力及牙周应力情况,为上颌前部牙槽骨垂直向生长过度的患者(表现为露龈笑),临床上选择合适的矫治力系统提供依据。 方法: 1.选一名健康女青年上颌骨行CT扫描,将所得截面影像数据直接传输、处理,并生成三维模型,划分网格,赋予其材料力学参数,建立医学上可分析利用的上颌前牙段牙齿、牙周支持组织及矫治装置的三维有限元模型。 2.沿上前牙及牙槽骨表面建立三维坐标系,于侧切牙和尖牙间的Y轴方向上模拟不同压低力值对已建立好的模型进行加载,计算分析施予弓丝不同力值情况下,作用于上前牙时产生的反作用力、转矩、应力大小及分布,继而确定最合适加载力值;将其按偏离Y轴朝腭向的三种不同角度继续进行加载,同时观察上前牙及牙周支持组织的主要应力指标Von mises应力的分布情况。 结果: 1.建立了精度较高的,包括矫治系统(托槽、弓丝)的上颌前牙段及其牙周支持组织(牙周膜、皮质骨、松质骨)的三维有限元模型(131920个单元,194321个节点)。 2.在不同大小压低力的作用下,上颌前牙段各个牙齿均产生压入力:尖牙受到的压入力最大,其次是侧切牙,中切牙最小;随着加载力值的增大,分配到前牙段每个牙齿上的压入力成比例增加;每个牙齿力矩与力的比值(Mx/Fy)不变,即各牙压低时均同时伴有唇向旋转,但旋转程度不受力的大小改变而改变。 3.通过观察不同节点上Von mises应力的分布及变化情况,可以看到中切牙牙周膜应力最小,侧切牙最大;应力峰值集中区域位于唇侧颈缘,根中及根尖受力相对较小;随着加载力值增大,牙周膜、牙体和牙槽骨各个节点所受应力也随之增大。 4.50g加载力时,前牙段牙周膜应力分布均匀,但牙齿受到的压入力小于打开咬合的理论值28g;当力值达到100g时,前牙压入力略大于28g,应力均匀分散:加载力增大到150g时,前牙段各个牙齿受力远大于28g,应力分布不均匀现象明显。 5.牙周膜应力分析结果表明:上前牙在合适压低力值(75g)三种不同加载角度下(腭向0度、10度、20度)依次相比,各每个牙齿所受到的应力逐步减小,其中腭向20度加力时上前牙的应力分布状况最为理想。 结论: 1.为尽量使上颌前牙段每个牙齿都达到最佳应力状态下的有效压入,应采用50-100g之间的加载力,但压低的同时伴有上前牙唇倾。 2.在种植钉和弓丝之间加载50-100g力,配合适当的远中方向(腭向)力(如Ⅱ类牵引),可望达到上颌前牙段平行整体压入的合适矫治力系统,符合生物力学要求。
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