颞下颌关节与咬合关系研究三维有限元模型的建立

目的：建立生物相似性和力学相似性都较高的、包括下颌骨和颢下颌关节(TMJ)的计算机三维有限元模型。方法：以正常咬合、青年尸体头颅为标本,用CT断层和手工断层相结合的方法分别建立下颌骨及TMJ硬、软组织模型,并给髁突赋予实验测得的正交各向异性参数;以光弹实验测得的咬合力向量进行加载,以二维平衡力系计算结合约束的方法进行边界约束。结果：建立了包括下颌骨、髁突、关节盘、关节软骨的三维有限元模型,并真实再现了同一个体的盘-突关系。结论：本研究可有效地提高下颌骨及TMJ有限元模型的生物及力学相似性,为一系列咬合对TMJ应力影响的生物力学研究奠定基础。     

桩核冠修复不同程度缺损下颌前磨牙的三维有限元分析

目的:利用三维有限元分析法研究下颌第二前磨牙牙冠不同程度缺损的情况下,纤维桩树脂核修复后的应力分布,为临床桩核冠的修复设计提供理论依据。方法:利用多层螺旋CT扫描结果,建立缺损区牙本质肩领高度分别为0 mm、1 mm、2 mm,缺损部位分别为牙冠部360°缺损、牙冠部近远中邻面各缺损1/3、牙冠远中邻面缺损1/2、牙冠远中邻面缺损1/3的实验模型。比较12组不同程度牙冠缺损情况下,纤维桩树脂核全瓷冠修复后牙体和桩核的应力分布情况。结果:剪切应力最大值出现在无牙本质肩领、牙冠360°缺损的情况下;最大主应力出现在颊舌侧有牙本质存在而邻面牙本质缺损的情况下。结论:冠部无牙本质肩领时要避免使用纤维桩树脂核修复;当颊舌侧牙本质的宽度不足时,需要通过增加牙本质肩领的高度来提高纤维桩树脂核修复的安全性。     

下颌前磨牙扭转与颞下颌关节应力分布的有限元分析

目的:用有限元方法分析当牙发生扭转后,在咬合载荷的作用下,双侧髁突应力的变化。方法:利用在ANSYS中建立左侧下颌第二前磨牙与颞下颌关节的三维有限元模型,设计下颌第二前磨牙ICO加载和下颌第二前磨牙逆时针方向水平扭转30°后,进行相同上颌牙列情况下的咬合加载的工况,通过软件运算后,研究髁突处应力分布变化的规律。结果:在下颌第二前磨牙水平扭转30°后,在加载侧髁突上产生了异常的应力效应,应力分布趋势变得规律性较差。其中,最大主应力和VonMises应力由正常加载的从内侧向外侧过渡增大,变成由内向外呈先减小后增大再减小的趋势。扭转加载时,双侧髁突应力水平较正常牙位加载工况下髁突的应力低,尤以加载对侧髁突应力减小明显。结论:单侧前磨牙扭转,可致加载侧髁突拉应力分布规律明显变差。     

3种加载方式下正常人下颌骨三维有限元应力分布分析

目的：分析不同加载状态下正常人下颌骨应力分布的情况和特点。方法：采用螺旋CT扫描、CAD／CAM软件，进行下颌骨有限元建模，并在不同咬合状态下利用ANSYS软件对此模型进行三维有限元应力分析。结果：建立了正常人下颌骨三维有限元模型，在模拟正中、前伸、侧方咬合时，正常人下颌骨不同部位应力分布不均匀，性质不同，然而左右应力分布基本对称，髁突颈部、冠突后侧、下颌角等部位应力值较高。结论：下颌骨的材料性能与应力的大小密切相关。3种不同加载方式的应力分布基本一致，但对颞下颌关节的影响具有差异性。应力集中区位于髁突颈部、冠突后侧、下颌角等部位。     

扭转上颌第一前磨牙的三维有限元应力分析

目的研究对上颌第一前磨牙施加不同大小及方向的矫治力时,牙体的受力及位移变化规律,为临床扭转牙齿的矫治提供相关的理论依据。方法建立上颌第一前磨牙及其周围组织的三维有限元模型,研究仿真模拟于牙冠的颊、舌面临床冠中心施加一对大小相等方向相反的力偶情况下牙体的受力状况。结果在不同的加载条件下,扭转上颌第一前磨牙的牙颈部均为应力集中区。随着牵引力的增大,牙体的位移及应力值均增大。牵引力与X轴间的角度越大,牙体的应力及位移越小。结论临床中应尽量采用轻力,施力方向与X轴应尽量平行,在使牙体有效移动的同时尽量减少或避免牙体吸收。     

下颌第二磨牙咬合接触变化对颞下颌关节应力分布的影响

目的 用力学研究方法结合有限元技术分析下颌第二磨牙咬合接触部位改变时，相同压强咬合载荷条件下颞下颌关节应力的变化。方法 在包括左侧下颌第二磨牙在内的颞下颌关节三维有限元模型上，设计下颌第二磨牙牙尖交错He(ICO)、远中和颊侧3种加载部位的工况，通过有限元运算探讨双侧髁突应力分布的变化规律。结果 由于咬合加载部位的牙面承载形态不同，在双侧髁突上产生了不同的应力效应，其变化包括应力性质和应力分布特点等方面，远中加载和颊侧加载时对侧髁突的Von Mises应力最大值由ICO加载时的51．51MPa分别增加到72．15MPa和69．57MPa。结论 与单侧下颌第二磨牙承载部位变化相关的咬合力方向变化，可使同一力值的咬合力产生不同的双侧髁突应力效应。     

下颌第二前磨牙3种修复方式的应力分析

目的采用3种不同的设计方式修复根管治疗后牙冠完整的下颌第二前磨牙,观察其牙本质的应力大小及分布情况。方法采用螺旋式CT扫描获取数据,建立下颌第二前磨牙4种情况下的三维有限元模型：1）直接全冠修复;2）用树脂材料充填开髓洞形后全冠修复;3）铸造镍铬合金桩核与全冠修复;4）纤维桩树脂核与全冠修复。在颊尖顶偏颊侧加载,比较牙本质中最大主应力和von Mises应力的大小及分布情况。结果应力计算分析的结果显示：铸造镍铬合金桩修复时,桩尖周围有明显的应力集中区;纤维桩修复时桩尖周的应力集中不明显;无桩设计而直接用树脂材料充填开髓洞形时,其应力大小和分布与对照组基本一致。结论在本实验条件下,与铸造镍铬合金桩相比,纤维桩更适合于下颌前磨牙的桩核冠修复;在下颌前磨牙牙冠部有足够牙体组织的情况下,在根管中放置桩不一定是必须的,直接用树脂材料充填开髓洞形后行全冠修复也是一种可能的选择。     

下颌前磨牙不同角度桩核冠的三维有限元应力分析

目的分析不同角度的下颌第二前磨牙桩核冠修复时牙本质的应力分布情况。方法在AnsysWorkbench软件中对下颌第二前磨牙在正常角度及颊向、舌向分别倾斜10°、20°、30°的桩核冠模型进行牙本质应力分析。结果各组都在颊舌侧牙颈部出现高应力区,牙本质应力与倾斜角度的大小成正相关关系,载荷相同时,牙根舌向倾斜组的应力大于颊向倾斜组。结论临床上采用铸造镍铬合金桩核矫正颊、舌向倾斜的下颌第二前磨牙时,根管预备过程要注意保证唇舌侧根管壁厚度,并应避免牙根过度倾斜,尤其要避免过度舌侧倾斜,防止根折。     

不同牙位加载对颞下颌关节应力分布影响的有限元分析

目的：用有限元研究方法分析当不同牙位咬合载荷加载时对颢下颌关节应力的影响。方法：利用所建的咬合与颞下颌关节有限元模型，采用类关节盘上表面、下颌角位移约束，设计左侧下颌不同牙位咬合接触面加载工况，分析双侧髁突处应力分布的规律。结果：咬合加载牙位不同，双侧髁突上应力效应明显不同，其中髁突外、中、前、顶等处为承受较高压强的区域。结论：单侧不同牙位咬合加载，将引起双侧髁突应力效应变化。     

不同高度牙周支持组织的下颌前磨牙三维有限元应力分析

目的：观察不同牙周支持高度的牙齿受力时，牙体内部尤其是牙根的受力的状况。方法：以电子计算机技术建立了包括牙齿、牙周膜、硬骨板、松质骨和皮质骨的下颌前磨牙三维有限元模型。分别删去2层、4层、6层牙周支持组织(分别占牙周支持高度的20%、40%、60％．)产生代表4种不同牙周支持高度的三维有限元模型。分别计算出不同同载荷下不同牙槽骨高度下牙体组织的最大拉应力、最大压应力和Von Mises应力。结果：随着牙槽骨的降低，牙体组织内的最大等效应力和最大压应力都逐渐增大，最大拉应力变化不明显。最大应力部位由牙颌部逐渐移至牙根中部。结论：健康的下颌前磨牙较牙槽骨有吸收的下颌前磨牙更易患楔状缺损。而牙槽骨吸收的下颌前磨牙较止常下颌前磨牙易根折。     

Three-dimensional finite element analysis of the facial skeleton on simulated occlusal loading

Development of predictive models of occlusal loading of the facial skeleton will be of value for prosthetic design in oral rehabilitation. A 3-D finite element (FE) model of a human skull, based on CT scans, was constructed to analyse strain and stress distribution in the facial skeleton caused by simulated occlusal loading. Vertical loads were applied simulating loading of the full maxillary arch and unilateral single point occlusal loading of maxillary molar, pre-molar, canine and incisor sites. Strain and stress regimes from Von Mises (VM) failure criteria and extension and compression diagrams showed even distribution of strain following loading of the full maxillary arch throughout the facial elements. For individual points, the highest VM concentrations were consistently located on the facial aspect several mm above the loading site. Strain trajectories divided into a 'V-shaped' pattern, from the loading point into medial and lateral branches with higher VM values in the medial. As the same load was applied from the posterior to anterior region, VM values increased on all facial areas. Strain patterns were less symmetric and there was an increase in strain in the alveolar arch and around the rim of the nasal cavity. The overall picture of the facial skeleton is of a vertical plate enabling it to withstand occlusal stresses by in-plane loading and bending in its own plane. The most efficient distribution of load was on maxillary full arch loading with the most unfavourable strain concentrations occurring on loading in the anterior region.     

三维有限元法分析下颌骨生物力学的研究进展

下颌骨是颌面部下1/3 唯一能活动的骨骼,在颅面部骨骼中体积最大、面积最广,位置最突出,极易受到各种力量的作用,研究其力学性能显得十分重要。因此,阐明下颌骨承受负载后,其内部应力分布、传递情况,一直是口腔临床医师及研究者们关注的热点。本文从三维有限元建模、生物力学特性及应力分布情况对下颌骨进行分析,为临床研究工作提供参考。     

下颌正常磨牙与重度磨耗牙的三维有限元应力分析

目的：研究下颌正常磨牙与磨耗牙在垂直载荷和斜向载荷下牙体组织的应力分布。方法：以电子计算机技术建立下颌磨牙及磨耗磨牙三维有限元模型，分别在垂直载荷和斜向载荷下计算出牙体组织最大压应力，最大拉应力和Von Mises力。结果：正常磨牙垂直载荷下，应力集中于牙颈部及远中根尖；牙冠磨耗后，应力集中区向近中根转移，结论：本实验为牙齿折裂的病因提供了生物力学依据。     

Finite element analysis on tooth and periodontal stress under simulated occlusal loads

The tooth stress elicited by occluding contact represents critical biomechanical information about dental health during chewing. Effects of occlusal contact on tooth stress remain obscure. In this study, a mandibular first molar finite element model was built from CT images. The effects of area size, location and direction of occlusal loading on both tooth and periodontal stresses were analysed. Results showed tooth and periodontal stress had drastically different patterns. Tooth stress value was much higher than periodontal stress value under the same task. Tooth stress concentration area and its value decreased from outside to inside. The Maximum Tooth Stress (MTS) always occurred at the loading site and a larger loading area elicited a smaller MTS value. The variation of MTS was larger when the fossa bottoms were inclined loaded than when the cusp tips were inclined loaded, larger when lingually loaded than when buccally loaded and larger when mesially loaded than when distally loaded. Distal loadings generally induced smaller Maximum Periodontal Stress (MPS) variations than the mesial loadings. These findings indicated exposure of the rational site(s) to occlusal contact should be helpful to achieve proper tooth and periodontal stress, thus to diminish loading associated structure problems.     

Three-dimensional finite element analysis of occlusal stress distribution in the human skull with premolar extraction

Objective:To analyze the effect of orthodontic treatment with premolar extraction on the stress distribution of the occlusal force in the human skull.Materials and Methods:A three-dimensional finite element (3D FE) model was constructed based on computed tomography scan data, and it served as the pretreatment model. For the extraction model simulating postorthodontic occlusion, the first premolar was removed in the pretreatment model, and the anterior and posterior segments were repositioned. Stress distribution was evaluated by 3D FE analysis in both models under the simulation of 1000 N for occlusal forces and 400 N for masseter muscle force.Results:The occlusal stresses were concentrated at the alveolar bone near the teeth, the infrazygomatic crest, the frontal process, the temporal process of the zygomatic bone, the infraorbital rim, the pyriform aperture region, and the pterygoid plate in both models. The von Mises stress at the pterygoid plate area was lower in the extraction model (3.53 MPa) than in the pretreatment model (5.57 MPa), while the stress at the frontal process of the maxilla was higher in the extraction model (2.32 MPa) than in the pretreatment model (2.16 MPa).Conclusions:The results indicated that the occlusal forces were transferred through the maxillonasal, maxillozygomatic, and maxillopterygoid stress trajectories and that stress distribution moved more “forward” with the orthodontic treatment with premolar extraction.     

桩核材料和咬合状态对牙本质应力分布影响的分析

目的：应用三维有限元法研究不同咬合状态对不同桩核系统修复后的上颌中切牙牙本质应力分布的影响。方法：采用螺旋CT扫描建立上颌中切牙的有限元模型。在此基础上,模拟四种咬合状态,分析镍铬合金,玻璃纤维,铸造金合金以及二氧化锆修复后牙本质的应力分布。结果：咬合状态对应力分布有一定的影响。采用纤维桩修复时,根尖1/3牙本质的应力值最小。结论：在前牙的桩核冠设计制作时,不仅要注重桩核材料的选择,也要注重考虑患者的咬合状态,优化设计使应力分布更合理。     

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目的探讨累及面洞型牙齿有限元模型的建立,为不同材料充填后牙齿的受力分析提供理论依据。方法2008年6—11月在中国医科大学及沈阳航空工业学院,采用螺旋CT扫描结合多种先进图像处理手段,建立上颌第一双尖牙面洞、邻面洞及邻邻面洞的三维有限元模型。结果该方法建立的三维有限元模型与真牙形态高度一致,结构上模拟了真牙牙釉质、牙本质、牙髓腔。结论该方法建立的有限元模型,可最大限度模拟真牙。     

面载荷工况条件下三维有限元分析下颌第一磨牙的应力情况

目的:建立下颌第一磨牙的三维有限元模型,分析其在多种面载荷工况条件下的应力情况。方法:采用CT扫描离体下颌第一磨牙,MIMICS软件处理断层影像数据,GEOMAGIC软件造型,NURBS曲面拟合,ANSYS软件建立实体模型,然后划分网格,建立了下颌第一磨牙三维有限元模型,施加14种不同面载荷工况,分析牙体的应力情况。结果:建立了与离体天然牙有良好相似性的下颌第一磨牙三维有限元模型;应力极值及高应力分布等情况与临床常见的一些牙体硬组织疾病发病部位有一定的相关性。n2、n8、n9、n10、n11、n12、n13、n14可以作为代表面载荷工况用于研究下颌第一磨牙及修复体的应力分布。结论:CT断层扫描技术结合专业逆向工程软件及ANSYS有限元分析软件建模方法可行,结果可靠。     

下颌第一磨牙隐裂模型裂纹变化的三维有限元分析

目的研究隐裂下颌第一磨牙受力后裂纹的变化情况,以及裂纹存在对牙齿受力后整体位移的影响。方法建立包含不同深度和长度裂纹的隐裂下颌第一磨牙的三维有限元模型以及无裂纹对照模型,模拟咬合过程,确定6种加载方式,通过有限元计算,求得不同裂纹的变化情况以及裂纹存在对牙齿整体位移的影响。结果随着裂纹深度和长度的增加,面裂纹的宽度亦变大,载荷4的影响最大。开裂时裂纹边缘不齐,相邻节点不在同一平面上。邻面裂纹在载荷6工况下开裂最大。裂纹存在时牙齿整体位移增加,但对牙齿整体位移的影响是有限的。结论裂纹的变化与初始裂纹形式和载荷工况密切相关。