构建上颌第一磨牙及牙周支持组织的有限元模型

背景：有研究表明有限元方法可较好的模拟结构复杂、形状不规则物体的生物力学分析,其中有限元模型的相似性对研究结果具有重要影响,但理想模型的建立却是有限元研究中最耗时且最复杂的内容。 目的：建立上颌第一磨牙及牙周支持组织有限元模型,为上颌第一磨牙进行生物力学研究提供基础。 方法：选取一位上下颌牙列完整、牙周组织健康的志愿者。拍摄锥形束CT,图像保存为DICOM格式。将图像导入医学建模软件Mimics中,建立上颌第一磨牙及牙槽骨平面模型;再将该模型导入有限元前后处理软件GiD中进行处理,建立出完整的上颌第一磨牙及牙周支持组织三维有限元模型。 结果与结论：建立包括双侧上颌第一磨牙及其牙周膜和上颌牙槽骨有限元模型,共896 035个节点,4 881 067个单元。此模型还原了受试者上颌第一磨牙及其牙周支持组织的几何外形和解剖结构。结果显示,实验成功构建了上颌第一磨牙及牙周支持组织有限元模型,可以作为各种临床正畸力作用下对上颌第一磨牙及其牙周支持组织生物力学分析研究的基础。     

不同桩核冠修复上颌中切牙的三维有限元模型建立及应力分析

目的 建立4种不同修复上颌中切牙根管的有限元模型,研究不同桩核材料及根管重塑对上颌中切牙应力分布的影响,为临床应用提供理论参考。方法 采用CBCT 扫描、Mimics软件、Rapidform.xor3、Solidworks软件和Ansys Workbench软件建立4种修复系统的有限元模型,模拟咬合加载,计算Von Mises应力。结果 建立4种包含牙本质、全瓷冠、底层冠、桩核、牙胶尖、牙周膜、粘接剂及牙槽骨的上颌中切牙修复的精细的三维有限元模型。分析表明桩核材料及粘接剂性能影响牙本质Von Mises应力分布;桩的弹性模量越大,牙本质Von Mises应力越小。其中钴铬合金桩的牙本质Von Mises应力最小,为23.15 MPa。结论 通过建立不同修复上颌中切牙根管的有限元模型并进行应力分析,可以预测不同材质和结构桩核冠修复系统对上颌中切牙应力分布的影响,为修复系统的临床应用提供依据。     

下颌三维有限元建模与动态载荷下的应力分析

目的:研究并完善基于锥形束CT（CBCT）图像的牙列、颌骨和牙周膜的三维有限元建模方法,分析模拟咀嚼动态加载时的应力分布。方法:选择一名牙列整齐、无牙体缺失、牙周健康的女性志愿者,用CBCT扫描头骨,从图像中提取下牙列与下颌骨模型,修复缺陷并进行曲面优化,对牙周膜建模并装配各部分构成三维实体模型,接着定义材料属性、划分网格、设置约束、施加载荷,分析牙列与周围骨组织在动态载荷作用下的应力分布。结果:成功构建人体下牙列、牙周膜和下颌骨的三维有限元模型。在动态加载下,等效应力峰值（44.73 MPa）位于下颌第一磨牙牙根处,牙周膜与牙颌骨在斜向载荷下会出现应力集中现象。结论:利用CBCT扫描结合多种软件可建立仿真度良好的下颌三维有限元模型,适用于后续生物力学研究。在Mimics软件中用不同阈值提取模型可使结果更精细。减小颊尖倾斜度降低受到的剪切力可改善应力集中现象。     

基于CT标准格式文件建立上颌第一磨牙有限元模型

目的建立精确的上颌第一磨牙三维实体有限元模型,分析牙体各部位的应力分布。方法利用正常成人上颌第一磨牙螺旋CT的DICOM格式数据,通过特定的程序计算建立牙齿三维有限元实体模型;在该模型上模拟牙咬(?)情况分别进行垂直、侧向和垂直侧向混合加载,计算出牙体各部位的应力和位移。结果上颌第一磨牙在侧向和混合受力时,应力最大值出现在加载处和与侧向力同向的牙体颈部,大小相当,混合受力时(?)边缘部分应力消失;垂直受力时,应力最大值出现在加载处。结论本研究的建模方法几何形状较准确,并且能简捷有效的应用有限元方法进行牙齿各部位的应力分析。     

上颌第一磨牙矫治过程的三维有限元分析

通过三维激光扫描,采用逆向工程技术（RE）,应用CATIA软件先后建立上颌第一磨牙、牙周膜、牙槽骨、颊面管、舌面管的三维模型,在不同加力的情况下通过Patran等有限元分析软件进行计算分析,计算出矫治力作用下上颌第一磨牙的位移、应力及其牙周组织的应力分布;观察牙齿移动、倾斜以及旋转的情况,预测了上颌第一磨牙可能发生牙槽骨丧失和牙根吸收的位置;发现了磨牙受到舌侧水平正畸力时,牙体和牙周膜所受到的压力小于颊侧加载所受的压力。结论是舌侧矫治较颊侧矫治更有利于牙齿以及牙周组织的康复,不容易引起牙根吸收。本项研究初步找出正畸治疗中上颌第一磨牙的最佳加载方案,为临床治疗提供依据。     

减阻牵张成骨快速移动尖牙三维有限元模型的建立

背景:国内建立了减阻牵张成骨快速牙移动的实验动物模型,主要以基础研究为主,尚未见探讨减阻牵张成骨快速牙移动生物力学机制的文献。目的:基于CT法结合Mimics医学图像处理系统建立几何相似性和力学相似性较高的减阻牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型,为减阻牵张成骨术快速移动尖牙的生物力学分析、优化设计、和手术方法的选择建立灵活的分析平台。方法:通过64排螺旋CT对拔除第一前磨牙的成人上颌骨进行扫描,获得上颌骨、上颌牙列截面影像的DICOM数据。采用Mimics软件、GeomagicStudio8.0软件、UnigraphicsNX软件、Ansys11.0软件相结合的方法,建立包括上颌骨、上颌牙齿及牙周膜的减阻牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型。结果与结论:建立了由43477个单元,83577个节点组成的上颌减阻牵张成骨术快速移动尖牙的三维有限元模型,还可根据不同的研究目的和要求添加或删除组件。所建立的三维有限元模型能较真实模拟实际情况,具有较好的力学和几何学相似性,可用于进行减阻牵张成骨术中尖牙快速移动的生物力学研究,进而为临床操作提供理论依据。     

纤维桩核冠修复上颌中切牙三维有限元模型的建立

背景：建立有限元模型对缺损的上颌中切牙进行应力分析可为临床修复方法提供选择依据。 目的：建立纤维桩全瓷冠修复上颌中切牙的三维有限元应力分析模型。 方法：通过螺旋CT扫描、Mimics软件和Ansys软件建立冠缺损1/2的上颌中切牙采用纤维桩全瓷冠修复的三维有限元模型,模拟咬合加载,记录组织的Von Mises应力和最大拉应力。 结果与结论：建立了冠缺损1/2的上颌中切牙三维有限元模型,并模拟纤维桩核全瓷冠修复,与临床实际情况接近。运用螺旋CT、Mimics软件、Ansys软件能有效建立牙齿组织的三维有限元模型,模拟临床实际情况,并能以此演化为其他修复情况的模型。     

Mimics辅助快速建立颅上颌复合体的三维有限元模型

背景：颅颌面部是骨骼系统中结构最复杂、功能最多样的的结构之一,要进行颅上颌骨复合体生物力学分析,就必须建立一个精准的三维有限元模型。 目的：探索快速建立完整颅上颌复合体三维有限元模型的方法。 方法：以牙列完整、咬合关系正常、磨牙为中性关系、牙周组织健康的成年志愿者作为建模素材,进行多层螺旋CT扫描,利用Mimics软件和MSC.Patran软件建立颅上颌复合体三维有限元模型。 结果与结论：探索出一条快速建立颅上颌复合体三维有限元模型的新方法。建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人颅上颌复合体三维重建生物医学模型和三维有限元模型,由76 035个节点和373 819个单元组成。该模型具有较好的几何相似性和力学相似性。     

不同牙尖斜度带桩嵌体修复下后牙短冠的有限元应力分析CSCD

背景:目前临床着重于研究带桩嵌体的材料和桩长度,而对其面形态的研究较少。目的:采用三维有限元方法,分析不同牙尖斜度的带桩嵌体对下颌第一磨牙残冠修复牙本质应力大小和分布的影响,探讨带桩嵌体修复下颌第一磨牙短冠的面形态设计。方法:采用CT扫描,Mimics软件及Unigraphics NX6.0建立右下颌第一磨牙带桩嵌体的三维有限元模型,包括带桩嵌体,牙冠,牙根,牙周膜,牙槽骨。在不同模型的咬合接触区,施加240N的加载力值,分析不同牙尖斜度的带桩嵌体对牙残冠修复牙本质的最大主应力,Von-mises应力峰值和分布情况。结果与结论:随牙尖斜度的增加,牙本质的各项应力峰值和应力分布范围逐渐增大。说明不同牙尖斜度的带桩嵌体对后牙残冠修复牙本质应力值和分布有较大影响。     

上颌第一磨牙弯曲牙根生物组织应力的三维有限元分析

背景：根据弯根牙牙周膜应力分布为口腔临床工作者提供正畸施力的方式和大小,以此来优化正畸力系统设计。 目的：探讨上颌第一磨牙弯曲牙根受到正畸力作用下牙根及牙周膜的应力分布情况。 方法：选用正常形态和牙根弯曲的上颌第一磨牙作为建模素材,应用CT机扫描,ANSYS Workbench 11.0 有限元分析软件建立上颌第一磨牙及其牙周膜的有限元模型,应用6种不同载荷方式对模型进行加载,分析其应力分布情况。 结果与结论：弯根牙应力集中区主要在牙颈部,其次是根尖部,牙齿在做整体移动时其牙根、牙周膜、牙槽骨应力最小。对于弯根牙的矫治需要更准确的定位以及更合理的牵引力。     

An assessment of stress analyses in the theory of abfraction

Wedged-shaped lesions at the cemento-enamel junction of teeth have been attributed primarily to biomechanical loading forces that cause flexure and failure of enamel and dentin. This theory, termed abfraction, remains controversial. This review examined studies on mechanical properties of enamel and dentin and studies on bite forces and mastication as background information. Abfraction is based principally on a few early finite element analysis and photoelastic models showing stress concentration at the dental cervical area without actually showing enamel and dentin fracture. However, a review of more recent dental stress analyses has been contradictory. Particularly, analyses of the periodontal ligament and alveolar bone, not modeled in previous studies, have shown that those structures may dissipate occlusal loading forces from the cervical areas. In addition, some models may not fully represent intricate dental anatomy and complex occlusal function. Therefore, the key basis of the abfraction theory may be flawed.     

采用体绘制方法建立人股骨三维有限元模型及其应力分析

背景：目前股骨三维有限元研究建模方法有多种,而采用体绘制分体建模方法还未曾报道过。 目的：采用体绘制方法建立股骨三维有限元实体模型,对所建实体模型模拟力学载荷得出股骨应力分布,并与既往股骨力学实验比较,评估体绘制方法的可行性。 方法：将CT扫描图像去噪等预处理后,采用体绘制技术,利用Mimics和Ansys软件建立人股骨有限元模型,并在Mimics软件中赋予股骨材质,并模拟人体正常站立位时股骨载荷情况。 结果与结论：采用体绘制方法建立的人股骨三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨及髓腔解剖结构,网格化后共生成63 900个节点,43 552个实体单元;模拟载荷显示股骨压应力区域主要集中在股骨内侧、尤其是股骨距部位,张应力主要集中于股骨颈外侧、股骨干外侧。表明体绘制方法可以建立高仿真、接近股骨解剖结构股骨三维有限元模型实体模型,可以探索股骨的内部结构,展现其内部细节,模拟股骨生物力学分布。关键词：体绘制;股骨;实体模型;有限元;力学分布 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.17.003     

下颌切牙牙槽骨骨吸收前后三维有限元应力分析

主要利用三维有限元应力分析的方法研究观察下颌切牙牙槽骨骨吸收前后在垂直载荷、15°斜向载荷、30°斜向载荷分别作用下牙槽骨骨组织表面的vonMises应力分布特点及牙齿的舌向位移值。在垂直载荷、15°斜向载荷作用下,牙周健康的下颌切牙牙槽骨骨组织表面vonMises应力最大值分别是13.171和14.315MPa,均位于根尖处牙槽骨,舌向位移值分别是0.056和0.197mm;在30°斜向载荷作用下vonMises应力最大值是15.262MPa,分布于根尖处牙槽骨和牙槽嵴顶,舌向位移值为0.324mm。而牙槽骨骨吸收达根长1/2时,在垂直载荷作用下vonMises应力明显增加,最大值位于根尖处牙槽骨;在不同的斜向载荷作用下,所产生应力继续显著增加,vonMises应力最大值可达牙周健康的下颌切牙的3～5倍,分布部位完全由根尖处牙槽骨转移到牙槽嵴顶,分布的面积也越来越小,发生了由面分布到点分布的转变,应力越来越集中于某一点。且牙齿已发生明显的舌向位移,可高达2.850mm。提示当牙槽骨骨吸收接近根长1/2或以上时,在牙周基础治疗过程中,应考虑进行调牙合、松牙固定术等治疗,分散牙合力以避免过大应力的产生和应力分布的改变,减轻对牙周组织的损伤。     

Biomechanical consequences of progressive marginal bone loss around oral implants: a finite element stress analysis

The purpose of this study was to explore the biomechanical effects of progressive marginal bone loss in the peri-implant bone. Finite element model of a Ø 4.1 × 10 mm Straumann dental implant and a solid abutment was constructed as predefined eight-layers around the implant neck. The implant-abutment complex was embedded in a cylindrical bone model to analyze bone biomechanics regardless of anatomical influences. Angular and circular progressive marginal bone loss was simulated by sequential removal of each layer, resulting crater-like defects and a total of ten finite element models for analysis. Each model was subjected to a vertical and oblique static load of 100 N in separate load cases. Principal stress minimum and maximum, displacement, and equivalent of elastic strain outcomes were compared. Under vertical loading, principal stresses minimum and maximum decreased remarkably as with the increase in bone resorption. Under oblique load simulations, decrease in principal stress maximum and minimum was evident. With progressive bone loss and under oblique load simulations, displacement and equivalent of elastic strain increased considerably in trabecular bone contacting the implant neck. The presence of cortical bone contacting a load-carrying implant, even in a bone defect, improves the biomechanical performance of implants in comparison with only trabecular bone support as a sequel of progressive marginal bone loss.     

下颌全牙列-直丝弓矫治器的生物力学建模

目的建立下颌全牙列-直丝弓矫治器的生物力学模型,分析其在滑动法关闭间隙的载荷作用下牙根及牙周组织的应力和位移分布。方法根据志愿者颌面部CT扫描图像建立下颌骨(皮质骨和松质骨)和全牙列(牙釉质、牙本质、牙髓、牙周膜)的模型,并以Roth托槽的实际数据建立一套托槽模型,与牙齿间的空隙用粘结剂来填充;弓丝和每个托槽都考虑接触,并使用弹簧元连接托槽和弓丝,模拟扎丝的作用,施加滑动法关闭间隙的载荷。结果切牙出现牙冠向舌侧、牙根向唇侧的转矩移动,其牙周组织和牙根的应力较高,特别是中切牙,其牙周膜的最大应力为3.97 kPa;第1磨牙远中根也出现应力集中,牙周膜的最大应力达到5.75 kPa。结论为了避免切牙的牙根吸收,可考虑增加前牙托槽的转矩;第1磨牙远中根也容易发生牙根吸收,建议适当降低正畸力值或采用微植体作为支抗。     

圆锥型套筒冠义齿和传统可摘义齿修复孤立基牙的三维有限元分析

BACKGROUND: The conical telescopic crown denture has a better long-term effect on dentition defects of few remaining teeth than the traditional removable denture. However, there are few studies to analyze the application of these two kinds of repair methods using the finite element method. OBJECTIVE: To compare the stress distribution of the isolated abutment tooth repaired using the conical telescopic crown denture and traditional removable denture. METHODS: Two-dimensional images of the mandible and dentition in healthy adults were scanned by CT. Three-dimensional finite element models of conical telescopic crown denture and traditional removable denture were established in the mandible only with the bilateral canines. Under the same vertical and oblique loadings, the maximum equivalent stress of the abutment, periodontal membrane or edentulous alveolar ridge was compared between two repair methods. RESULTS AND CONCLUSION: Under the vertical and oblique loadings, the total stress of abutment and periodontal membrane in the traditional removable denture was higher than that in the conical telescopic crown denture and the stress in the corresponding ring was concentrated obviously; the total stress of edentulous alveolar ridge in the conical telescopic crown denture was slightly larger than that in the traditional removable denture, but the stress was well-distributed and concentrated in a small area. Under the oblique loading, the total stress of abutment, periodontal membrane and edentulous alveolar ridge was higher than that under the vertical loading in these two dentures, and the stress was concentrated in the periodontal membrane of lingual neck, but the total stress in the traditional removable denture was larger, with a wider concentration range. These findings indicate that the stress on the supporting tissue of conical telescopic crown denture is more evenly distributed within a smaller range than that of traditional removable denture, and the former is more fit for the health of abutment, periodontal tissues and edentulous alveolar ridge.      

The functional role of the ischiopubic membrane for the mechanical loading of the pubis in the domestic fowl (Gallus gallus)

Soft tissues other than muscles are supposed to be of mechanical importance, yet they are rarely integrated into finite element models. Here, we investigate the functional role of the ischiopubic membrane for the loading of the pubis of the domestic fowl using 2D finite element analysis. For this purpose, a specimen of the domestic fowl was dissected and soft tissues attaching to the pubis were studied in great detail. Muscles were removed and measurements taken. For the 2D finite element model, the outline was taken from the dissected specimen. Two 2D finite element models were generated: one without and one with ischiopubic membrane. The same muscular loading based on own measurements and electromyographic data was applied to both models. The model without ischiopubic membrane shows anteroventral bending deformation of the scapus pubis, resulting in high compressive and tensile principal stresses at the level of ultimate bone stress values. The model with ischiopubic membrane shows low compressive principal stresses in the pubis consistent with the levels of steady state remodelling of bone. Based on these results, the ischiopubic membrane of the domestic fowl potentially establishes a physiological loading of the pubis and therefore might be of great mechanical significance for the loading of the bone.