上颌组牙三维有限元模型的建立及Carrière Distalizer矫治器的力学分析

目的建立一侧有效的自然排列的上颌尖牙和第一磨牙及周围牙槽骨的三维有限元模型,分析在Carrière Distalizer矫治器作用下,组牙的应力分布及其位移特点。方法通过螺旋CT扫描获得精确的组牙及颌骨DICOM格式的图像信息,采用Mimics三维建模软件和Ansys有限元分析软件建立及拟合上颌骨中正常位置的上颌组牙及其周围牙槽骨的三维有限元模型,模拟Carrière Distalizer矫治器的力学实验并进行相关分析。结果成功建立了上颌组牙及其周围牙槽骨的三维有限元模型。力学实验显示,尖牙和磨牙颈部剖面腭侧应力分布及位移明显小于颊侧、远中和近中,表现为类似旋转移动的柱状图形;而尖牙和磨牙整个远中剖面的应力分布及位移规律基本相同,均表现为自牙颈部向牙根部逐渐衰减的倾斜移动的曲线。结论本实验创建的上颌组牙及其周围牙槽骨的三维有限元模型,达到了几何外形和生物力学的相似性,可用于精确的生物力学分析;尖牙和磨牙在CD的作用下,应力分布及位移规律均呈现有旋转和倾斜移动的趋势。     

长、短型Ⅱ类牵引对Carrière Distalizer作用的有限元分析

目的利用有限元分析法,比较Carrière Distalizer矫治器作用下,长、短型Ⅱ类牵引对上颌组牙应力分布及位移的影响。方法构建Carrière Distalizer矫治器作用模式的三维有限元模型,分别以下颌第一或第二磨牙作Ⅱ类牵引的起点,实施长、短型牵引。本研究设定加载力值为150克,分析上颌尖牙和磨牙应力分布及位移的差异。结果两个位置的牵引效果总体趋势相同。尖牙的旋转移动和倾斜移动趋势强于磨牙,两个牵引起点的作用差异不显著。结论在做Ⅱ类弹性牵引时,无论长牵引还是短牵引,都不会过多的影响牵引效果。     

上颌成组切牙三维有限元模型的建立

目的建立上颌成组切牙的三维有限元模型。方法利用Micro-CT扫描技术扫描上颌成组切牙,结合Geomagic Studio及Unigraphics NX4平台建立上颌成组切牙的三维几何模型,导入有限元分析软件Ansys Work-bench 11.0中,建立起实体模型。结果建立的有限元模型共有单位35 873个,节点62 359个;模型形态逼真,具有较高的几何相似性,能够任意旋转、放大或者缩小,通过对模型施加不同大小的力,能以单独或者成组的方式观察和分析各个牙的受力情况。结论实验成功建立上颌成组切牙的三维有限元模型,该模型结构完整,能够较准确模拟上颌切牙的力学反应情况。     

方丝弓矫治器三维有限元力学模型的建立

目的:以有限元方法建立方丝弓矫治器的力学分析数字模型。方法:采用powerSHAPE3040造型软件,在已有的下颌三维数字模型基础上,划出托槽槽沟中心平面(H)、颊面牙体长轴和托槽中心,以其为基准,构建下颌左侧牙列槽沟为0.018in(1in=2.54cm)的托槽模型。这些托槽在各牙位的槽底厚度相同,托槽槽沟在同一H平面。然后据此托槽和H平面构建出0.016in×0.022in的平直方丝模型。再用ANSYS分析系统将这些三维模型转化为三维有限元模型。牙、牙周膜、牙槽骨和托槽以4点四面体单元划分,弓丝以10点四面体单元划分。结果:获得下颌牙列及其托槽和平直方丝的三维有限元模型。该托槽槽底带有转矩,所建平直方丝在H平面上与托槽槽沟均匀接触,因此初始状态彼此无作用力。结论:该模型初步建立了用三维有限元法对固定矫治技术进行全牙列分析的平台。     

上颌腭骨三维有限元模型的建立

目的建立腭骨三维有限元模型,为进一步研究腭部种植支抗进行上颌扩大的可行性及其与牙支抗的对比研究建立数学模型基础。方法采用螺旋CT断层扫描成年人上颌骨,计算机图像处理和转录技术,自编程序和ANSYS软件相结合,将CT扫描图像转换为可用于有限元建模的数值图像。结果建立了上颌腭骨、部分颧弓根部的三维有限元模型。结论借助螺旋CT扫描技术和ANSYS有限元分析软件,建立上颌腭骨的有限元模型是切实可行的。该模型为上颌腭部种植支抗的生物力学研究提供了一个平台。     

模块化牙列三维有限元模型的建立

目的 为口腔修复学提供一套重复利用率高、应用范围广的牙列三维有限元模型。方法 采用有限元建模技术对CAD实体模型切分模块。结果 得到具有可拆卸性、多用途的下颌骨及下牙列的三维元模型。结论 该模型可进行多种口腔医学有限元实验,丰富了口腔临床医疗与教学的手段。文中还讨论了有限元建模的方式与建模的几何相似性。     

CD矫治器载荷值影响尖牙和磨牙应力分布和位移的三维有限元研究

目的研究Carriere Dista／izer矫治器（CD矫治器）5种加载力值下上颌尖牙和磨牙应力分布及位移。方法构建CD矫治器作用模式的三维有限元模型,设载荷方向为给平面下20°,代表以下颌第一磨牙做Ⅱ类牵引之起点向前上方止于尖牙。设定加载力值分别为50、100、150、200、250g,分析5种力值下,上颌尖牙和磨牙应力分布及位移的差异。结果应力和位移均与载荷力值成正比。但5种力值中,2130g力值下,尖牙和磨牙的应力和位移增加不多;250g力值下,无论尖牙还是磨牙,其牙颈部的应力分布和位移明显非等差地高于其他4种载荷力值下的应力分布和位移。结论不同载荷力值作用于上颌尖牙和磨牙时．其应力和位移的分布规律大致一致,且应力和位移的大小基本随载力值的递增而增加。150g与200g载荷力值下的应力和位移趋同,提示其可能是CD矫治器较理想的牵引力。     

上下颌骨及牙列三维有限元模型的建立

目的 利用计算机实现正常人部分上颌骨、下颌骨和上下牙列的三维实体造型，并生成有限元模型。方法 在多参数软件Pro/Engineering及Power Shape平台上，将通过CT断层扫描技术及层切法获得的颌骨及牙列的数据进行三维重建以及整体图像拟合，得到上下颌骨及牙列的三维实体模型。应用Ansys大型有限元分析软件建立上下牙列(包括部分上颌骨、完整下颌骨)及牙列缺损和相应修复后状况的三维有限元模型．并对┌5678缺失状态的不同修复方式进行了比较。结果 获得了上颌骨(部分)、下颌骨及上下牙列的三维实体模型，建立了上下牙列(包括部分上颌骨、完整下颌骨)及牙列缺损(肯氏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类缺损)和相应修复后状况的三维有限元模型，并通过对┌5678缺失状态的修复方式的比较实验，验证了该模型的可靠性。结论 本实验建立的上下颌骨及牙列的三维实体模型及有限元模型具有较好的几何与力学相似性．由此证实该建模方式是切实可行的。     

含矫治器的下牙列及下颌骨三维有限元模型的建立

目的寻求一种较快建立包含矫治器的下牙列及下颌骨三维有限元模型的方法,为牙齿移动生物力学的研究提供数学模型。方法利用薄层CT技术对已使用直丝弓矫治器排齐的下牙列进行扫描,通过数字影像的转换,结合Ansys三维有限元专用软件对CT断层影像进行分析处理和加工。结果建立了较理想的三维有限元模型,包含下颌骨、下牙列、牙周膜、牙槽骨(皮质骨、松质骨)、托槽、弓丝,建成后的有限元模型还可以根据不同的研究目的和要求添加和删除组织或矫治器,以及改变其特性。结论该有限元模型能较真实地模拟实际情况,具有较好的力学和几何学相似性,可被用来进行牙齿移动的生物力学的研究。     

上颌牙列生理性支抗控制矫治器三维有限元模型的建立及应力分析

目的:建立上颌牙列生理性支抗控制矫治器三维有限元模型并进行应力分析。方法:选取1名个别正常合志愿者,将CT扫描数据输入Mimicsl7.0软件,通过三维重建的方法获得牙齿及颌骨(含皮质骨和松质骨)的三维模型。以stl格式转入逆向工程软件Geomagic Studio,对模型进行精修和细化。矫治器三维模型是在NX软件中设计得到。弓丝定义为几何非线性,将得到的牙齿、颌骨、矫治器及弓丝模型以stp格式输入 NX软件进行装配,以ANSYSl5.0软件进行网格划分,最终建立牙齿、皮质骨、松质骨、弓丝、托槽的三维有限元模型。结果:建立了包括牙齿、颌骨、生理性支抗矫治器、弓丝、的三维有限元的整体模型。模拟正畸临床中牙齿的受力情况及位移情况。结论:建立的生理性支抗控制矫治器有限元模型,真实、精确、几何相似性强。可以模拟临床牙齿受力情况和位移趋势,有利于临床对该项技术的理解和应用。     

单侧上颌骨缺损修复三维有限元模型的建立及力学分析

目的:建立单侧上颌骨缺损的三维有限元模型,对传统单侧上颌骨缺损修复方法进行力学分析。方法:采用螺旋CT扫描、数字影像传输,应用课题组自行开发的软件MedGraphics、UG和ANSYS软件,建立单侧上颌骨缺损及带中空阻塞器修复体的有限元模型,并对传统中空阻塞器的赝复体进行三维有限元力学分析。结果:获得了单侧上颌骨缺损状态及带中空阻塞器修复体的三维有限元模型,传统中空阻塞器的赝复体健侧后牙受力较为均匀,应力集中区域位于健侧腭部基托的近前牙区。结论:建立的单侧上颌骨缺损及带中空阻塞器修复体的有限元模型具有良好的生物相似性和几何相似性,传统中空阻塞器的赝复体符合生物力学要求。     

上颌牙列及方丝弓矫治器三维有限元模型的建立及验证

目的快速建立高精度的上颌方丝弓矫治器的三维有限元分析模型并进行验证。方法通过多层螺旋CT扫描,获得上、下颌骨及牙列的数据,采用Mimics、Catia及ABAQUS软件相结合的方法,建立包括上颌牙列、牙周膜、牙槽骨、方丝弓矫治器的三维有限元模型,并观察计算机模拟矫治力作用下上颌中切牙应力分布。采用激光散斑剪切实验力学的方法进行验证。结果建立了包含方丝弓矫治器的上颌牙列的三维有限元模型,计算机模拟作用下的应力分布情况与激光散斑剪切试验结果相近,模型的精确性得到了初步有效的验证。结论所建立的三维有限元模型仿真性好,方法便捷有效,为采用有限元法进行正畸生物力学分析的深入研究打下基础。同时可为临床矫治提供一定的指导意义。     

隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙的三维有限元分析

目的:探讨隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙0.2 mm时,上颌第一磨牙的位移趋势以及牙周组织的应力情况。方法:利用锥形束CT(CBCT)扫描志愿者的颌面部口腔情况,导入Mimics 20.0软件对CBCT获得的数据进行处理,通过Geomagic studio 2014逆向工程软件以及NX1911软件进行几何以及实体建模,建立上颌骨-上牙列-牙周膜-黏骨膜-隐形矫治器的模型,采用三维有限元软件Ansys Workbench 2019对隐形矫治器模型实施远中移动上颌第一磨牙0.2 mm的工况,探讨上颌第一磨牙的位移趋势、应力大小以及牙周膜的应力分布情况。结果:隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙的单次位移量较小,牙齿偏向整体移动;隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙时牙周膜等效应力最大值为0.039 MPa,且应力主要分布在远中邻面。结论:隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙时对牙齿位移距离以及牙周组织作用力均符合正畸要求,受力比较均匀,牙齿偏整体运动。     

下颌第一恒磨牙三维有限元模型的建立及应力分析

目的建立更合理的下颌第一恒磨牙三维有限元模型并研究其内应力分布。方法运用MSC．NASTRAN软件建屯含有牙釉质、牙本质、髓腔、牙周膜和牙槽骨的下颌第一恒磨牙三维有限元模型并分析不同受力状态下牙齿硬组织的应力分布。结果在5种载荷下牙釉质的最大vonMises应力和最大压应力均比牙本质的大，而最大拉应力则小于牙本质。垂直载荷和颊．舌斜向载荷时，牙釉质和牙本质内的应力最小，而舌-颊斜向载荷下应力最大。牙颈部、根分歧和近中舌根管壁根尖部是主要的应力集中区。结论牙齿硬组织内应力集中区及应力值的变化与牙齿接受咬合力的方向密切相关。     

上颌前牙段Tip-Edge正畸矫治系统三维有限元模型的建立

目的:建立带Tip-Edge托槽的上颌前牙段牙齿((3±3))及牙周组织的三维有限元模型,为Tip-Edge矫治技术的生物力学分析奠定基础.方法: 通过多层螺旋CT扫描上颌骨,采用Mimics 10.01重建上颌骨与(3±3)牙齿;采用Geomagic studio 10软件去除坏点,并对上颌骨及牙齿进行面网格划分;在牙根表面向外均匀偏移0.25 mm,生成牙周膜前体;利用UG 5.0软件建立Tip-Edge托槽及尺寸为0.55 mm×0.71 mm的矩形弓丝的实体模型;利用ANSYS 10.0 软件进行布尔运算生成牙周膜并组装弓丝、Tip-Edge托槽、上颌骨、(3±3)牙齿及相应牙周膜,进行网格划分.结果: 建立了带托槽的上颌骨、(3±3)牙齿及牙周组织的Tip-Edge矫治系统三维有限元模型.建模过程中托槽模型的轴倾角、转矩角等数据与托槽的实际数据是相一致的.对模型施加一定的约束与载荷之后即可进行相应的有限元力学分析.结论: 结合运用Mimics、Geomagic studio、UG、ANSYS等软件建立的Tip-Edge矫治系统的三维有限元实体模型真实有效, 建模方法实用, 可根据需要进行不同的力学分析.     

下颌牙列直丝弓矫治器三维有限元模型的建立

目的利用三维有限元建模的方法,探索建立下颌牙列直丝弓矫治器的力学分析模型。方法采用螺旋CT对个别正常的志愿者下颌骨进行多层扫描,以(医学数字成像和通讯标准)DICOM格式导入Mimics软件中,利用灰度值的差异来重建下颌骨与牙列;以.txt格式把下颌骨与牙列点云数据导入逆向工程软件Geomagic Studio 8.0中,构造三角网格面,并进行NURBS曲面拟合生成颌骨与牙齿的实体模型。然后以.igs格式导入Ansys中,在Ansys中建立直丝弓托槽和弓丝的模型,并在Geomagic中对牙根表面进行扩增0.25 mm生成牙周膜并进行布尔运算,生成牙齿、颌骨、牙周膜、托槽、弓丝的装配模型。结果建立了直丝弓矫治器三维有限元模型,在Ansys软件内对模型进行分区划分网格并施加一定的约束和载荷,即可进行三维有限元的力学分析。结论利用螺旋CT成像,并充分结合Mimics,Geomagic及Ansys软件的优点建立的直丝弓矫治器三维有限元模型精确有效,方法简单实用,可操作性强,耗时少。     

上颌第二磨牙的三维有限元模型及受力分析

目的:采用有限元方法对牙齿进行模拟分析。方法:将离体上颌第二磨牙经CT扫描及图像处理后,在通用CAD软件UG中建立其三维几何模型,然后导入有限元分析软件ANSYA中划分网格,分析牙齿各部位在不同载荷状态下的应力分布。结果:在多种典型受力情况下,应力极值多发生在牙尖、咬合面凹陷处和牙颈处,如果忽略应力集中的影响,最危险的地方为牙颈,即临床中常见的牙冠折裂。结论:利用三维有限元法,可以得到较直观的分析结果,从生物力学角度提出理论依据,对临床诊断、治疗与修复均有重要参考价值。     

上颌牙列及MBT直丝弓矫治器三维有限元模型的建立

目的建立上颌MBT直丝弓矫治器的三维有限元力学分析数学模型。方法利用多层螺旋CT扫描获得上颌牙列及上颌牙槽骨的原始数据,采用Matlab、CoreldrawI、mageware、UG、ANSYS软件相结合的方法,建立上颌牙列、牙周膜、牙槽骨、MBT直丝弓矫治器的三维实体和三维有限元模型。结果建立了上颌牙列及MBT直丝弓矫治器的三维实体和三维有限元模型。结论应用螺旋CT扫描结合多种软件建立了上颌牙列及MBT直丝弓矫治器的三维实体和三维有限元模型,方法便捷有效,模型仿真性好,为进一步分析MBT直丝弓矫治器的力学行为提供了一个良好的平台。     

纤维桩修复上颌中切牙的三维有限元研究

目的应用三维有限元法研究上颌中切牙采用全瓷冠修复和纤维桩全瓷冠修复时牙本质的应力变化情况,分析纤维桩修复对上颌中切牙应力大小和分布的影响。方法通过螺旋CT扫描、Mimics软件、ANSYS软件建立不同牙体量上颌中切牙的三维有限元模型,分别行全瓷冠修复和纤维桩全瓷冠修复,模拟咬合加载,记录牙本质的von Mises应力和最大拉应力。结果相同牙体量的上颌中切牙,采用纤维桩全瓷冠修复时牙本质的应力值小于全瓷冠修复时的应力值,应力分布基本相似。结论纤维桩的应用能降低上颌中切牙牙体组织的应力峰值,有利于降低牙折的风险,并且不改变原有应力分布模式。     

牙种植体即刻负载骨界面应力分布的三维有限元分析

目的：用三维有限元法分析牙种植体即刻负载骨界面的力学特性。方法：采用CT扫描和自主开发的USIS软件建立螺纹种植体即刻负载的三维有限元下颌骨模型，用ANSYS计算垂直加载、颊舌向450及近远中向45°加载150N力时种植体骨界面的Yon Mises应力、应变值。结果：垂直加载时骨界面的Yon Mises应力集中于颈部舌侧骨皮质，应变分布均匀，以颈部骨皮质、底部颊侧骨松质及颊侧螺纹接触部位的松质骨较为集中：颊舌向加载时骨界面的Yon Mises应力也集中于颈部舌侧骨皮质，但最大值是垂直加载时的4．15倍，应变分布不均匀，主要集中于颈部舌侧骨皮质，最大值是垂直加载时的3．98倍；近远中斜向加载时骨界面的Yon Mises应力集中于颈部远中侧骨皮质，最大值是垂直加载时的3．72倍，应变集中于底部近中侧骨松质，最大值是垂直加载时的1．51倍。结论：即刻垂直加载时，种植体周围骨质应力及应变无明显集中，分布较均匀，颊舌向及近远中向加载时应力、应变明显增大，分布不均匀。