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颧骨种植支抗后牵引猴上颌骨矫形作用的三维有限元研究

刘玉涛  
【摘要】:[目的]采用ANSYS软件,网格划分猴颅面复合体三维有限元模型,建立颧骨种植体支抗后牵引上颌骨矫形作用的三维有限元模型,并对其生物力学特性进行初步探索。 第一部分建立颧骨种植支抗后牵引上颌骨矫形作用三维有限元模型:在已建立的猴颅上颌骨三维有限元模型的基础上,将猴颅上颌骨三维有限元模型的IEGS文件导入ANSYS软件,对模型进行网格划分,根据后牵引上颌骨作用方式不同,分别建立了颧骨种植支抗后牵引上颌骨支抗种植体和颧骨种植支抗后牵引上颌牙弓夹板三维有限元加载模型。 第二部分颧骨种植体支抗后牵引上颌骨矫形作用的三维有限元分析:在第一部分已建立的颧骨种植体支抗后牵引上颌骨两种矫形作用三维有限元模型的基础上,利用ANSYS软件,分析上颌骨及鼻额缝、颧额缝、颧颌缝、颧颞缝、横腭缝在三维方向上的位移变化和应力分布,并比较分析上述两种颧骨种植体支抗后牵引上颌骨矫形作用的力学特性。 1.建立了颧骨种植体支抗后牵引猴上颌骨矫形作用的三维有限元模型:模型包括上颌骨及周围各骨,部分颅骨,及所有的腔、窦、孔等结构,并增加了牙弓夹板、种植体、弹簧、钛板等装置,由3319574个单元852556个节点组成,模型与建模对像尺寸一致,具有良好的几何相似性。根据后牵引上颌骨作用方式不同,分别建立了颧骨种植支抗后牵引上颌骨支抗种植体和颧骨种植支抗后牵引上颌牙弓夹板三维有限元加载模型,为颅面复合体在多种力系统作用下生物力学机制的探索提供可靠的方法及模型基础,并与动物实验相结合,使研究成果更具模拟价值和临床指导意义。 2.颧骨种植体支抗后牵引猴上颌骨支抗种植体三维有限元分析:颧骨种植体支抗后牵引上颌双侧侧切牙与尖牙间的支抗种植体,与Y轴(功能(?)平面)平行向后加力,随着力值的加大,各标志点(A、N、ANS、PNS、Zm、Zm')的位移变大。其中,在X轴方向(横向),各点的位移均较小,提示水平向后牵引不会对上颌的宽度产生明显的影响;在Y轴方向(矢状向),位移增加明显,提示对上颌骨有明显的后移作用;在Z轴方向(垂直向),上颌顺时针方向的旋转。应力的分布产生了三条应力集中传导路径,基本与上颌骨三对支柱相吻合。各骨缝区的应力大小与力值大小呈线性关系,随着牵引力值增大,各骨缝区的应力值相应增加。其中,颅面复合体上部的鼻额缝和颧额缝以张应力为主,其后部的横腭缝和颧颞缝以压应力为主,这也提示上颌骨有顺时针旋转的趋势。颧颌缝区的应力分布复杂,与其解剖位置及形态的复杂性有关。 3.颧骨种植支抗后牵引猴上颌骨牙弓夹板三维有限元分析:颧骨种植支抗后牵引猴上颌骨牙弓夹板侧切牙与尖牙间牵引钩,与Y轴(功能(?)平面)平行向后加力,应力分布由牙列、牙槽骨、上颌骨递减,其中上牙列、上牙槽骨较上颌骨整体远中移动明显,上颌骨及鼻额缝、颧额缝、颧颌缝、颧颞缝、横腭缝在三维方向上的位移变化、应力分布,应力传导路径与颧骨种植体支抗后牵引猴上颌骨支抗种植体结果相似。 1.本研究采用三维有限元分析方法,建立颧骨种植支抗后牵引上颌骨支抗种植体和颧骨种植支抗后牵引牙弓夹板等后牵引猴上颌骨矫形作用的三维有限元模型,并对其在后牵引矫形力载荷条件下的生物力学特征进行探讨。 2.颧骨种植支抗分别作用于上颌骨支抗种植体和牙弓夹板两种方法都能后牵引上颌骨远中移动,观测的标志点位移及各骨缝区的应力大小与力值的大小呈线性关系。 3.比较分析颧骨种植体支抗后牵引于上颌骨支抗种植体和牙弓夹板等不同作用方式三维有限元分析,结果显示:前者把生物力直接传到上颌骨,上颌骨整体移动及应力分布比上颌牙列、牙槽骨强;;后者通过牙列、牙槽骨传递作用力至上颌骨,上牙列、牙槽骨较上颌骨整体远中移动明显。


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