“微种植体—拔牙创—牙齿—颌骨”三维有限元模型的相关生物力学研究

【摘要】：目的 通过建立“微种植体—拔牙创—牙齿—颌骨”三维有限元模型，模拟临床上拔除双侧第二前磨牙并利用微种植体内收前牙时的情况，研究微种植体植入部位与拔牙创之间的最适距离，探讨不同牵引钩高度和不同加载力大小对利用微种植体内收上颌前牙弓段时生物力学效应的影响，为微种植体更好应用正畸临床提供理论依据。 方法 1.利用高精度VCT对颅骨标本进行扫描，将扫描数据导入Mimics软件进行三维重建，再通过Rapidform软件进行图像修饰处理，最后运用ABAQUES软件生成微种植体、托槽、弓丝等部件的模型，并对各部分模型进行组装和处理，建立包含“微种植体—拔牙创—牙齿—颌骨”的三维有限元模型。 2.改变微种植体的植入部位，研究在1.5N加载力作用下，微种植体与拔牙创边缘距离为0.5mm、1.0mm、1.5mm时，微种植体与周围骨界面的应力和位移变化情况。 3.改变牵引钩的高度，研究利用微种植体整体内收前牙时，在1.5N加载力作用下，微种植体距离拔牙创边缘1mm，牵引钩高度分别为1mm、4mm、7mm、10mm时，上颌4-4的初始移动情况。 4.改变加载力值的大小，研究利用微种植体整体内收前牙时，微种植体距离拔牙创边缘1mm，牵引钩高度为4mm，加载力大小分别为0.5N、1.0N、1.5N、2.0N时，上颌4-4的初始移动情况。 结果 1.成功建立缺失双侧第二前磨牙的“微种植体—拔牙创—牙齿—颌骨”三维有限元模型，模型包含32008个节点，146013个单元。 2.在1.5N的加载力作用下，微种植体的应力峰值出现在压力侧颈部与周围骨组织刚开始接触的部位。随着微种植体在骨内段的深度加深，微种植体的应力与位移值均逐渐减小。当微种植体与拔牙创的距离为1.0mm时，微种植体颈部和周围骨组织的应力峰值最小。 3.在1.5N的加载力作用下，当牵引钩高度发生变化时，上颌4-4在三维方向的牙冠位移量均明显大于同一方向牙根的位移量。各牙齿的位移趋势也各不相同：当牵引钩高度增加至7mm后，中切牙由初始的冠舌向移动、伸长移动逐渐变为冠唇向移动，压入移动；侧切牙主要表现为冠唇向移动、远中移动和压入移动；尖牙和第一前磨牙主要表现为冠舌向移动，远中移动。随着牵引钩高度的增加，除中切牙外，其余各牙齿在三维方向的位移量只有数量的增大，移动趋势没有发生变化。 4.当牵引钩高度为4mm时，在不同大小的加载力作用下，上颌4-4在三维方向的牙冠位移量均明显大于同一方向牙根的位移量。中切牙主要表现为冠舌向移动；侧切牙主要表现冠唇向移动、远中移动和压入移动；尖牙和第一前磨牙主要表现为冠舌向移动，远中移动。随着力值的加大，各牙齿的位移量呈线性的增大，移动的趋势没有发生变化。 结论 1.运用高精度VCT扫描技术，结合Mimics软件、Rapidform软件和ABAQUS有限元软件能快速有效的建立具有良好相似性的三维有限元模型。 2.微种植体的有效应力峰值出现在颈部与骨组织刚开始接触的区域，植入部位对此结果无明显的影响。 3.微种植体与拔牙创之间距离为1.0mm时，微种植体—骨界面的的应力分布情况最合适，稳定性最好。 4.在任意牵引钩高度和加载力大小条件下，上颌各牙齿的移动趋势均主要表现为牙冠的移动，牙根无明显的移动。 5.通过改变牵引钩的高度可以改变上颌牙齿的移动方式；改变加载力的大小只对各牙齿的位移量有影响，牙齿的移动方式没有发生改变。