论文部分内容阅读
目的：错牙合畸形是个体在颅颌面生长发育过程中，由于遗传和环境因素作用下出现的牙齿或颌骨发育畸形。据报道我国儿童青少年错牙合畸形的发病率已经达到68%。错牙合畸形，不仅会影响到患者的口颌功能健康，更严重的错牙合畸形还可能会患者的心理负担，其中高角型错牙合畸形严重影响患者外貌和心理健康。高角型错牙合畸形常表现为高角面型、上颌前突、下颌后缩、深覆牙合及深覆盖或前牙开牙合等特征。正畸治疗是对错牙合畸形长、宽、高的整体控制，三者之间相互影响、相互制约。矢状向畸形的治疗离不开牙弓高度及宽度的控制，垂直向畸形更是着重于牙弓的垂直向控制。高角畸形的病例通常使正畸医生感到棘手，且一般情况下，正畸治疗过程中常发生磨牙升高的情况，因此牙弓的垂直向控制，尤其是高角患者垂直向控制更是正畸治疗达到理想治疗效果的关键和难点。微种植体的出现，实现了对磨牙的绝对压低而成功引发了下颌平面的向前旋转，令患者的软组织外貌得到显著改善，与诸多传统控制手段相比具备绝对优势。微种植体的应用改变了以往固定矫治器的力学应用方法，使正畸治疗进入一个新时代。后倾曲是临床上常用的一种打开咬合的V型曲，在微种植体辅助内收前牙时常配合后倾曲弓丝来控制磨牙高度及前牙移动方式。但种植体辅助不同角度后倾曲对上颌前后牙影响的力学机制尚不明了，影响了临床应用。为了使微种植体能更好的垂直向控制牙弓，快速有效的矫治错牙合畸形，指导临床操作，本实验应用三维有限元法，建立含矫治器的上颌牙列（除第一前磨牙）及牙周组织模型，通过模拟应用微种植体辅助不同角度后倾曲弓丝内收前牙时，上颌牙齿及牙周组织所引起的应力、应变和初始位移的变化，探讨微种植体辅助后倾曲垂直向控制牙弓的力学机制，为今后的临床应用和研究奠定可靠的理论基础。方法：第一部分：不同后倾曲度弓丝矫治器的上颌牙弓三维有限元模型的建立1实验数据的获取选择的受试对象为符合正常牙合标准，无缺失牙，牙周健康的成年男性志愿者，对其进行上颌骨CT扫描，CT扫描结果直接以Dicom3.0医学数字图像通讯标准存储。2设定不锈钢弓丝后倾曲度Case1：弓丝0°后倾角。Case2：弓丝20°后倾角。Case3：弓丝40°后倾角。3种植体辅助不同后倾曲度矫治器的上颌牙弓三维有限元模型的建立应用Mimics10.01, CatiaV5, Abaqus6.8软件，建立含上颌牙弓、不同后倾曲度弓丝、直丝弓托槽、牵引钩的上颌复合体的三维有限元模型。4网格划分：上颌骨采用四面体单元，牙周膜选择双线性四面体单元C3D10M，弓丝采用六面体单元C3D8R划分。第二部分：不同后倾曲度弓丝对前后牙齿及牙周膜影响的三维有限元分析1加载条件：模拟临床在上颌第二前磨牙和第一磨牙牙根之间，距牙糟嵴顶4mm植入种植体，给予150g的力，加力方向与牙合平面成15°角。2约束：本研究对于各个固定连接，采用了Abaqus中的Cell的方法求解。在进行布尔运算时选择Retain选项，将所有模型合并。这样上颌骨和牙周膜，牙周膜和牙齿，牙齿和托槽直接都是固定连接，没有相对滑动。设定托槽和弓丝之间的摩擦系数μ为0.2。3观测指标与方法：计算不同工况下牙齿及牙周膜的Von-Mises应力、位移峰值。结果：第一部分：不同后倾曲度弓丝矫治器的上颌牙弓三维有限元模型的建立1成功建立了三个有限元模型，分别为：Case1：弓丝0°后倾角。Case2：弓丝20°后倾角。Case3：弓丝40°后倾角。2所建模型，上颌牙列（除第一前磨牙）及牙周组织、矫治器、牵引钩的三维有限元模型具有良好的几何相似性和生物相似性，能够满足生物力学运算的要求。第二部分：不同后倾曲度弓丝对前后牙齿及牙周膜影响的三维有限元分析1牙齿、牙槽骨及牙周膜上的Von-Mises应力分布1.1牙齿上应力：集中分布在托槽粘接周围。1.2牙槽骨应力：在0°后倾中，应力峰值出现在侧切牙、尖牙舌侧牙槽骨颈缘部位，且越靠近牙槽骨后部，应力值越小；在20°、40°后倾作用下，应力峰值出现在后牙牙槽嵴顶和根分叉部位，前牙区升高不明显。1.3牙周膜应力：主要集中分布在颈缘，但当牙周膜受力较大时，根尖区也出现了应力高峰区，为：颈缘部＞根尖区＞根中部。2在后倾曲的作用下，中切牙、尖牙、第二前磨牙的唇侧、第一磨牙的腭根腭侧面是始终受压区；侧切牙的根尖和舌侧、磨牙的近中根为始终受拉区。3不同后倾曲度对牙齿、牙槽骨及牙周膜的作用3.1相同后倾曲度时，牙齿、牙槽骨及牙周膜上Von-Mises应力分布趋势类似。牙齿受力最大，牙槽骨次之，牙周膜最小。3.2随着后倾曲度的增大，牙齿、牙槽骨及牙周膜上相应部位Von-Mises应力峰值均相应增加。3.30°后倾曲弓丝载荷时，主要为前牙受力（尖牙、侧切牙较高，中切牙较低），后牙受力很小。3.420°、40°后倾曲弓丝载荷时，后区受力明显升高，前牙区受力相对较小。后牙区受力主要位于第一磨牙近中和第二磨牙远中。40°后倾曲弓丝应力峰值明显高于20°曲度时。4各牙齿在不同后倾曲作用下的初始位移4.10°后倾时，前牙向舌向、远中、龈向运动，后牙区变化不大。4.220°、40°后倾曲弓丝：中切牙为唇向、近中、龈向移动；侧切牙为唇向、远中、牙合向移动；尖牙为舌向、远中、龈向移动；第二前磨牙为颊向、远中、牙合向运动;第一磨牙为舌向、远中、龈向移动；第二磨牙近中为舌向、远中、牙合向运动，第二磨牙远中为舌向、远中、龈向移动。4.320°、40°后倾曲弓丝时，第一、第二磨牙位移值最大，前牙位移相对明显小。各牙齿40°后倾曲弓丝时的初始位移均较20°时位移大。4.4不同后倾曲度弓丝时各牙齿唇舌向、近远中向及牙合龈向位移峰值范围见Table7。结论：1将不同曲度后倾弓丝通过种植体载荷后，牙齿受力主要集中在托槽粘接处；牙槽骨应力集中主要分布在颈缘及根分叉处；牙周膜应力集中区位于颈缘和根尖部。2平直弓丝时，通过种植体载荷使前牙压低、内收、舌倾。后牙变化不明显。3在后倾曲的作用下，通过种植体载荷使切牙压低并唇倾，尖牙压低、舌倾，第二前磨牙伸长，第一磨牙压低，并向舌向、远中向移动，第二磨牙向远中直立。4随着后倾曲角度从0°到20°、40°的增大，所有牙齿及牙周膜的Von-Mises应力峰值及位移峰值均有不同程度地增大。