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个体化舌侧矫治微种植体支抗远移下颌牙列的三维有限元研究

刘刚  
【摘要】:目的建立个体化舌侧矫治微种植体支抗远移下牙列的三维有限元模型,通过改变微种植体植入部位和牵引钩的长度,模拟不同的临床加力方式,研究个体化舌侧矫治整体远移下牙列和远移磨牙的位移特点和牙周膜应力分布特征,以期为临床应用提供参考。方法实验一:个体化舌侧矫治微种植体远移下牙列三维有限元整体模型的建立。对志愿者进行CT扫描,将获得的数据导入Mimics软件中3D重构获得初步三维模型,经Geomagic Studio软件模型优化和曲面重建,获得下颌牙列和下颌骨三维模型。利用UG NX8.5软件建立个体化舌侧托槽、弓丝、牵引钩、微种植体及片段弓等模型。将所得的模型进行组装后在Ansys软件中进行网格划分、材料属性定义,最终建立所需三维有限元模型。实验二:下牙列整体远移力学分析。在实验一建立的三维有限元模型上,根据微种植体位置不同和牵引钩长度不同共设置三组工况。工况一微种植体垂直植入于下颌第一磨牙和第二磨牙颊侧的颊棚区三角平台,与第二磨牙牙轴夹角控制在10°~20°,牵引钩置于尖牙唇侧与第一前磨牙颊侧之间片段弓丝中点处,牵引钩长度为2mm;工况二微种植体和牵引钩位置同工况一,牵引钩长度为8mm;工况三微种植体垂直下颌升支前缘外斜嵴骨面植入在第二磨牙远中,牵引钩设置同工况一。从牵引钩顶端向微种植体颈部施加拉力载荷3N,读取并分析下牙列三维方向的初始位移和牙周膜等效应力分布情况。实验三:下颌磨牙远移力学分析。在实验一建立的三维有限元模型上,设置两组工况。工况四微种植体位置同工况三,牵引钩置于下颌第一磨牙的颊面,长度6mm,只在牵引钩和微种植体之间施加拉力载荷2.5N;工况五,微种植体和牵引钩设置同工况四,从牵引钩顶端向微种植体颈部施加拉力载荷1.25N,同时在舌侧第二前磨牙与第一磨牙之间施加推力载荷1.25N。读取并分析下颌第一磨牙和第二磨牙初始位移及牙周膜等效应力分布情况。结果实验一建立了精确度较好,包括个体化舌侧托槽、弓丝、片段弓、微种植体、牵引钩、牙列、牙周膜、牙槽骨的三维有限元整体模型。实验二结果显示在三种工况下牙列矢状向均为远中移动趋势,水平向上有牙弓缩窄趋势。工况一时后牙区合平面逆时针旋转趋势,磨牙远中倾斜移动伴明显压低,前磨牙伸长,尖牙远中倾斜移动,切牙唇倾压低;工况二牵引钩长度增加,后牙区合平面逆时针旋转趋势减小,磨牙趋于整体移动,压低趋势较工况一时减小,前磨牙伸长趋势增加,尖牙趋于远中整体移动,切牙相对压低和唇倾趋势增加;工况三,改变微种植体的位置,合平面表现为逆时针旋转趋势,磨牙为远中倾斜移动伴明显压低,前牙区和前磨牙区均表现为远中伸长趋势。实验三结果显示在工况四、五时第一、二磨牙均表现为远中移动趋势。工况四时第一磨牙和第二磨牙远中倾斜伴有明显的远中舌侧旋转趋势。工况五时第一磨牙趋于远中整体移动,第二磨牙远中趋于倾斜移动,倾斜度增大,但都无明显旋转趋势。结论1.通过CT扫描以及多种软件的联合运用建立了精确度较高、几何相似性较好的个体化舌侧矫治微种植体远移下牙列的三维有限元模型,为后续研究提供了良好的平台。2.在个体化舌侧矫治,利用微种植体支抗通过唇侧牵引钩加力整体远移下牙列。(1)当微种植体位置不变,随着牵引钩长度增加,下颌合平面逆时针旋转趋势减弱,后牙更趋于整体移动,但是牵引钩两侧牙齿的扭转趋势增加,牙弓缩窄趋势增强。(2)当牵引钩位置和长度一定,微种植体从第一磨牙和第二磨牙之间颊侧调整到磨牙后区时,下颌合平面逆时针旋转趋势增强,水平向牙弓仍表现为缩窄趋势。(3)个体化舌侧矫治微种植体支抗整体远移下牙列时下颌的逆时针旋转趋势对Ⅲ类错合伴浅覆合或开合倾向的高角患者是有利的。(4)要重点关注牵引钩两侧牙齿的扭转趋势和牙弓后段的缩窄趋势,对牙弓三维方向的变化以及相互影响应综合分析。(5)注意舌侧矫治整体远移下牙列的牵引力应较唇侧矫治时减小。3.若下牙列存在前、中段拥挤或中线偏斜,为了避免排齐再内收造成前牙往返移动,可以选择先推磨牙远移,分步远移下牙列矫治。同时远移第一磨牙和第二磨牙时,唇舌侧同时加力更有利于磨牙整体移动,最适合的力值为250g。但是唇舌侧同时加力不同力值组合对牙齿移动方式的影响需要进一步研究。同时,临床要采取措施预防舌侧推力对前磨牙的反作用力,以避免反作用力造成前磨牙的旋转。4.有限元分析显示的为牙齿瞬间受力时的位移趋势,并不代表临床结果。临床中牙齿移动还受到牙周组织改建、作用力时间、力量衰减、口腔颌面部肌肉和功能状态等的影响。同时临床中对牙齿产生的扭转、伸长、压入等副反应会采取相应的措施加以对抗或预防。本实验对个体化舌侧矫治微种植体支抗远移下牙列生物力学特点仅做了简要力学分析,且仅模拟临床中的一种加力装置,临床中还有很多牵引钩位置和长度组合,因此个体化舌侧矫治微种植体支抗远移下颌牙列的生物力学特征有待进一步研究。


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