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【摘要】目的建立尖牙的三维有限元模型,研究尖牙远中移动时的分析应力分布情况｡方法选取1名牙列完整的健康成年男性志愿者作为建模素材,通过螺旋CT扫描,应用有限元软件建立模型,通过三种加力方式并进行力应分析｡结果等效应力峰值排序为:舌侧加载>唇侧加载>唇舌侧同时加载｡结论利用有限元方法准确､直观的得到分析结果｡从生物力学角度提出理论依据｡�
【关键词】尖牙;应力; 三维有限元
限元法(finite element method ,FEM) 是一种实用有效的理论应力分析方法｡该方法首先把有连续的弹性体分割为有限个单元,以其结合体来代替原弹性体,然后借助计算机进行数据的处理及运算,对连续体离散成的有限个单元进行力学分析,并由此获得整个连续体的力学性质特征[1]�
随着自然科学的发展,许多新理论､新手段被引入医学研究,较大幅度地推动了医学科学的发展.口腔医学作为医学的一个分支学科,其发展同样需要借助于其他学科的成果｡进行这种复杂结构分析的最有效手段就是有限元法｡�
尖牙的远中移动是正畸实践中的重要步骤之一,进行尖牙的生物力学实验研究,可为临床治疗提供理论和实验依据｡三维有限元分析是生物力学研究的先进手段｡使用有限元法对正畸牙受载下的应力分析在国内外都有较多的研究报道｡
1材料与方法�
1.1研究对象选取一名牙列完整､符合正常牙合标准的健康成年男性作为建模素材｡牙体长度参照王惠芸等的数据[2]｡(下颌尖牙全长24.6mm,冠长11.1mm,根长13.5mm)下颌尖牙形态发育正常,牙无龋坏､无缺损､无明显磨耗｡�
1.2CT扫描和建模被检者取仰卧位,颏部抬高,头部固定｡以垂直牙体长轴用螺旋CT扫描机,扫描层厚0.4 mm｡得到54 张断层断层｡以jpg形式输出,将各断面用计算机扫描放大处理后输出｡编程序读出各断面的牙齿的坐标,并用
程序转化为AN SYS5. 7 可以读入的数文件的形式｡用AN SYS 建立模型,采用整体拟合,独立建模｡�
1.3假设条件和材料参数本实验所涉及的生物材料均假定为均质､连续和各项同性｡各单元间有足够的稳定性,材料受力变形为小变形｡牙齿的弹性模量为2.03×104MPa 泊松比为0.3[3]｡�
1.4荷载本研究选取Von mises应力作为衡量应力水平的主要指标｡Von mises应力又称等效应力,反应了材料内部一点不同方向的综合受力情况｡加力部位在牙冠的唇面和舌面中心,三中加载方式:①唇侧远中水平加载1N;②舌侧远中水平加载1N;③唇舌侧同时加载0.5N｡�
2结果�
牙齿的等效应力峰值分别为:舌侧加载时为1.4490MPa｡唇侧加载时为1.2571 MPa.唇舌侧同时加载时为0.7192 MPa｡�
根据云图分布情况:唇侧加载时,应力主要分布在加载部和牙根舌缘｡舌侧加载时,应力主要分布在加载部和舌侧颈缘｡唇舌侧同时加载时,可以看到牙体近远中受力较均匀｡�
3结论和讨论�
唇侧加载时,牙齿有远中倾斜和颊向扭转的趋势｡舌侧加载时,牙齿不仅有远中倾斜,还有腭向扭转趋势｡唇舌侧同
时加载时,牙齿根部近中缘､远中缘的应力分布都较均匀,牙冠两侧的两个加载部受力较均匀,因此牙齿只会远中倾斜或接近整体移动｡�
运用有限元方法建立的模型具有空间结构及解剖形态的相似性,模型可任意旋转观察､切割及调整,已被口腔医学领域广泛应用｡本实验模型是根据实体牙建立的三维数据模型,所施加的载荷作用为空间多个力系统,能较准确地反映口腔生理实际情况用有限元法建立的牙齿三维模型与天然牙具有很高的几何相似性和力学相似性,比较符合实际情况｡因而能正确反映所需要研究的临床问题｡采用有限元法､以数学模型方法模拟三种加载方式下牙齿及周围组织的应力分布状态｡可以很直观的对不同的应力分布进行对比研究｡有限元法能够提供模型任何部位的应力和位移,可以在同一模型上通过改变负荷的大小和方式,在维持与原模型集合形状不变的情况下,对牙以及支持组织的应力分布进行比较,可信度高,可比性强,能够快速､高效地反应牙齿负荷后的最佳应力分布｡�
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