无托槽隐形矫治技术与固定矫治技术尖牙远中移动的有限元对比分析

目的通过对无托槽隐形矫治技术与固定矫治技术中远中移动尖牙过程的生物力学特点进行比较分析,深入探讨无托槽隐形矫治技术中牙齿移动的生物力学规律。方法建立下颌双侧第一前磨牙拔除的三维有限元模型,模拟无托槽隐形矫治器载荷和固定矫治器载荷,比较两种载荷作用下牙齿及牙周膜的平均主应力和Von Mises应力的变化,以及牙齿旋转中心的变化。结果模拟无托槽隐形矫治器载荷时下牙齿及牙周膜的平均主应力和Von Mises应力均小于固定矫治器载荷,同时,牙齿旋转中心更接近根尖。结论两种矫治技术均使尖牙产生倾斜移动,但使用无托槽隐形矫治技术尖牙的旋转中心更接近根尖,且应力分布更为合理。     

无托槽隐形矫治中牙周炎患者下切牙压低的三维有限元研究

研究不同硬度及矫治位移量隐形矫治器在牙周炎患者切牙压低时的生物力学机制。方法:建立轻、中度牙周炎患者的三维有限元模型,分析415.6 MPa、528.0 MPa、816.31 MPa硬度及0.15 mm、0.2 mm隐形矫治器在切牙压低时牙齿位移趋势及牙周膜应力分布情况。结果:8组工况切牙均表现为伴唇侧倾斜的压低,隐形矫治器硬度增加,垂直向位移趋势增加,唇侧倾斜趋势减小而随着矫治位移量增加,唇侧倾斜趋势增大。牙周膜最大应力分布于牙颈部和根尖区,最小应力分布于根中部。随着硬度增加,牙周膜整体应力值增大,牙颈部应力分布更均匀而随着矫治位移量增加牙颈部应力更集中。结论:隐形矫治器硬度增大,有利于提高矫治器效能和三维向控制,矫治位移量增加不利于三维向控制。临床上建议使用中等硬度矫治器,配合较小的步距可以实现牙齿压低,维护牙周组织健康。     

隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙的三维有限元分析

目的:探讨隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙0.2 mm时,上颌第一磨牙的位移趋势以及牙周组织的应力情况。方法:利用锥形束CT(CBCT)扫描志愿者的颌面部口腔情况,导入Mimics 20.0软件对CBCT获得的数据进行处理,通过Geomagic studio 2014逆向工程软件以及NX1911软件进行几何以及实体建模,建立上颌骨-上牙列-牙周膜-黏骨膜-隐形矫治器的模型,采用三维有限元软件Ansys Workbench 2019对隐形矫治器模型实施远中移动上颌第一磨牙0.2 mm的工况,探讨上颌第一磨牙的位移趋势、应力大小以及牙周膜的应力分布情况。结果:隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙的单次位移量较小,牙齿偏向整体移动;隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙时牙周膜等效应力最大值为0.039 MPa,且应力主要分布在远中邻面。结论:隐形矫治器远中移动上颌第一磨牙时对牙齿位移距离以及牙周组织作用力均符合正畸要求,受力比较均匀,牙齿偏整体运动。     

舌向整体移位设计量对隐形矫治力影响的研究

目的 利用传感器芯片对不同移位设计量的隐形矫治器所产生的矫治力进行测量,探讨移位设计量对隐形矫治力及其衰减的影响,为临床正畸矫治设计提供参考.方法 选用厚度1.0mm的热压膜材料（Erkodent,德国）压制右上中切牙舌向移位设计量分别为0.2、0.3、0.4、0.5和0.6mm的隐形矫治器,利用隐形矫治微型测力系统测量矫治器产生的矫治力并观察其在2周内的衰减情况.结果 移位设计量为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mm的矫治器所产生的矫治力的平均值分别为8.047、9.250、10.189、11.821、12.247N.在矫治器戴入的最初8h矫治力衰减迅速,之后衰减缓慢直至第4天起矫治力维持在较为平稳的水平.结论 随矫治器移位设计量的增加,隐形矫治器产生的矫治力也相应增加.推荐上中切牙舌向整体移动的移位量设计不应超过0.5mm.患者在佩戴每副矫治器的最初4天应尽量全天佩戴.     

自锁托槽矫治器矫治初期上颌异位侧切牙及牙周组织应力的三维有限元分析

目的：通过三维有限元方法建立高精度自锁托槽矫治体系的上颌牙列及牙周组织的力学分析数字模型,研究上颌异位侧切牙在正畸矫正初期牙根、牙周组织的应力分布以及在临床矫治力作用下牙齿的位移情况。方法采用多层螺旋CT扫描上颌骨,从而获得上颌牙列及牙周组织的数据,并通过Mimics软件快速建立精确的上颌牙列、牙周膜、牙槽骨、自锁托槽、矫治弓丝的三维有限元模型。模拟临床矫治过程中矫治器的粘接以及弓丝带入托槽槽沟的过程,通过弓丝形变时的预应力来测定牙齿的受力,从而获得临床状态下侧切牙正畸矫治力与牙周组织应力以及牙齿位移的情况。结果在牙齿矫正初期牙根部应力主要为牙根中部1/3与根尖交界处,牙周膜应力主要为牙颈部,牙槽骨应力相对复杂,牙齿移动为倾斜移动。结论运用三维有限元软件建立的实体模型真实、准确。临床矫治过程中,牙周组织的主要应力集中区即为组织受力薄弱区,是容易发生病变的部位,在治疗过程中应尽量避开这些薄弱区域。根据位移情况看,牙齿会出现倾斜移动,因此,在临床矫治过程中,医生可根据实际情况选用合适的矫治方法来获得最佳的治疗效果。     

关闭拔牙间隙阶段个体化舌侧矫治器三维有限元模型的建立

目的建立关闭拔牙间隙阶段牙列-牙周膜-上颌骨-个体化舌侧矫治器的整体三维有限元模型,为进一步探讨舌侧矫治过程中生物力学机制奠定基础。方法采用螺旋CT扫描,分别应用Mimics10．01软件、Geomagic Studio 9软件、ANSYS10．0软件,建立牙列-牙周膜-上颌骨-个体化舌侧矫治器的整体三维有限元模型。结果建成的个体化舌侧矫治器的三维模型包含38个实体模型与个体化舌侧矫治器实际情况相近,网格划分后．共包含节点471208个,单元279744个。结论利用CT扫描技术与计算机辅助设计技术及三维有限元方法的结合,建立关闭拔牙间隙阶段个体化舌侧矫治器的整体三维有限元模型较真实的模拟了临床实际情况。为进一步研究个体化舌侧矫治技术关闭拔牙间隙阶段的牙齿移动生物力学机制提供有效平台。     

隐形矫治中上颌第一磨牙压低的生物力学分析

目的：探讨无托槽隐形矫治器设计压低上颌第一磨牙时结合不同微种植钉辅助支抗下上颌各牙齿的生物力学效应以及矫治器与牙周膜的应力分布情况。方法：选取符合纳排患者的上颌CBCT数据,采用三维有限元的分析方法,建立单纯矫治器、双侧植入微种植钉、颊侧植入微种植钉、腭侧植入微种植钉4种不同的三维有限元模型,分析各牙齿的位移变化及矫治器与牙周膜的应力分布情况。结果：当单纯使用矫治器时,第一磨牙垂直向、矢状向、横向移动量分别为5.59E-03 mm、-3.97E-04 mm、-2.12E-03 mm,表现为远中颊向压低的移动趋势,结合微种植钉后可以增加第一磨牙的压低移动趋势,但不同的设计会产生不同的作用结果。结论：增加微种植钉支抗能够实现对后牙段的辅助压低和牙齿控制。其中,在颊腭双侧植入微种植辅助钉效果最佳。3种微种植钉植入方式均不能显著抑制无托槽隐形矫治器造成的中牙段及前牙段移动趋势,这意味着我们需要额外增设附件去辅助牙齿控制。     

上颌牙列生理性支抗控制矫治器三维有限元模型的建立及应力分析

目的:建立上颌牙列生理性支抗控制矫治器三维有限元模型并进行应力分析。方法:选取1名个别正常合志愿者,将CT扫描数据输入Mimicsl7.0软件,通过三维重建的方法获得牙齿及颌骨(含皮质骨和松质骨)的三维模型。以stl格式转入逆向工程软件Geomagic Studio,对模型进行精修和细化。矫治器三维模型是在NX软件中设计得到。弓丝定义为几何非线性,将得到的牙齿、颌骨、矫治器及弓丝模型以stp格式输入 NX软件进行装配,以ANSYSl5.0软件进行网格划分,最终建立牙齿、皮质骨、松质骨、弓丝、托槽的三维有限元模型。结果:建立了包括牙齿、颌骨、生理性支抗矫治器、弓丝、的三维有限元的整体模型。模拟正畸临床中牙齿的受力情况及位移情况。结论:建立的生理性支抗控制矫治器有限元模型,真实、精确、几何相似性强。可以模拟临床牙齿受力情况和位移趋势,有利于临床对该项技术的理解和应用。     

隐形矫治磨牙远移的三维有限元分析

目的　构建隐形矫治器上颌磨牙远移的生物力学研究模型,分析矫治体系的初始位移及应力分布特点,为该技术的临床应用提供指导。方法 建立隐形矫治上颌磨牙远移的三维有限元模型,在ANSYS软件中采用非线性有限元法通过数值仿真分析求得受力瞬间牙齿在牙周膜及周围牙槽骨等约束下的移动方式、牙套形变、牙周膜应力分布,并探索适宜的Ⅱ类牵引增强前牙支抗的必要性及适宜力值。结果 第二磨牙远移的同时伴有其牙冠远中倾斜、伸长及舌侧倾斜;其余牙表现为唇/颊倾、压低且位移量与距支抗牙距离成反比。牙周膜等效应力越靠近颈缘越大,距离第二磨牙越远越小,均小于牙周组织可承受最大应力。矫治器在第二磨牙处出现应力集中现象,位移峰值小于材料的弹性极限和拉伸极限强度。100 g Ⅱ类牵引可以有效抵抗前牙唇倾,300 g牵引力作用于牙列后超过牙周膜最大承受力值。结论 使用无托槽矫治技术远移磨牙不能实现单纯的整体移动且支抗牙有一定的支抗丧失,需要进行必要的支抗控制。100 g Ⅱ类牵引即可有效抵抗推磨牙带来的前牙支抗丧失,300 g牵引力作用下牙周膜受力过大,尽量避免使用。     

无托槽隐形矫治矩形附件对上颌磨牙远中移动力学影响的三维有限元分析

目的:建立无托槽隐形矫治远移上颌第二磨牙的三维有限元模型,计算牙周膜应力分布及第二磨牙位移趋势,为无托槽隐形矫治器远中移动上颌第二磨牙位移量、附件设计提供理论依据.方法:通过CT扫描获得患者上颌骨DICOM文件,采用Mimics、Geomagic Studio等软件分别建立无附件上颌第二磨牙远中移动0.2 mm(模型A...     

不同Ⅱ类牵引模式对无托槽隐形矫治磨牙远移作用的比较：三维有限元研究

目的:构建隐形矫治器上颌磨牙远移中两种Ⅱ类牵引的生物力学研究模型,分析矫治体系在不同加力模式、不同牵引力大小作用下的初始位移及应力分布特点,为该技术的临床应用提供参考。方法:建立隐形矫治推上颌磨牙向远中及两种Ⅱ类牵引模式(牙套加力组与牙齿加力组)的三维有限元模型,采用非线性有限元法分析2种不同加力方式及5种不同载荷(100 g、150 g、200 g、250 g、300 g)下的牙齿移动方式、牙套形变、牙周膜应力分布等,比较其增强前牙支抗效果的异同。结果:不同力值不同加力方法下所有组Ⅱ类牵引均可以使前牙内收,抵抗磨牙远中移动过程造成的前牙支抗丧失,但其牙齿应力分布、牙套形变效果不同：牙齿加力组集中在直接受力的尖牙上,分布不均匀;牙套加力组分布更均匀,随距尖牙距离由近到远逐渐减小,但总体大小较牙齿加力组大。牙周膜等效应力除300 g牙套加力组[(2.87×10 -2) MPa]过大外,其余各组均在牙周膜可承受范围内。 结论:100 g的Ⅱ类牵引即可抵抗磨牙远移反作用力造成的前牙支抗丧失,300 g牙套加力作用下的牙周膜受力过大,尽量避免使用。     

不同Ⅱ类牵引模式对无托槽隐形矫治磨牙远移作用的比较：三维有限元研究

目的:构建隐形矫治器上颌磨牙远移中两种Ⅱ类牵引的生物力学研究模型,分析矫治体系在不同加力模式、不同牵引力大小作用下的初始位移及应力分布特点,为该技术的临床应用提供参考。方法:建立隐形矫治推上颌磨牙向远中及两种Ⅱ类牵引模式(牙套加力组与牙齿加力组)的三维有限元模型,采用非线性有限元法分析2种不同加力方式及5种不同载荷(100 g、150 g、200 g、250 g、300 g)下的牙齿移动方式、牙套形变、牙周膜应力分布等,比较其增强前牙支抗效果的异同。结果:不同力值不同加力方法下所有组Ⅱ类牵引均可以使前牙内收,抵抗磨牙远中移动过程造成的前牙支抗丧失,但其牙齿应力分布、牙套形变效果不同：牙齿加力组集中在直接受力的尖牙上,分布不均匀;牙套加力组分布更均匀,随距尖牙距离由近到远逐渐减小,但总体大小较牙齿加力组大。牙周膜等效应力除300 g牙套加力组[(2.87×10 -2) MPa]过大外,其余各组均在牙周膜可承受范围内。 结论:100 g的Ⅱ类牵引即可抵抗磨牙远移反作用力造成的前牙支抗丧失,300 g牙套加力作用下的牙周膜受力过大,尽量避免使用。     

Clear aligner orthodontic therapy of rotated mandibular round-shaped teeth: A finite element study

Objective:To evaluate, using the finite element method, the orthodontic rotational movement of a lower second premolar obtained with clear aligners, analyzing different staging and attachment configurations.Materials and Methods:A CAD model including a complete lower dental arch (with element 4.5 mesially rotated 30°) and the corresponding periodontal ligaments, attachments, and aligner was designed and imported to finite element software. Starting from the CAD model, six projects were created to simulate the following therapeutic combinations for correcting element 4.5 position: (1) without attachments, (2) single attachment placed on the buccal surface of element 4.5, (3) three attachments placed on the buccal surfaces of teeth 4.4 to 4.6. For each project, both 1.2° and 3° of aligner activation were considered.Results:All the analyzed configurations revealed a clockwise rotation movement of element 4.5 on the horizontal plane. Models with attachments showed a greater tooth displacement pattern than models without attachments. Simulations with attachments and 3° of aligner activation exhibited the best performance concerning tooth movement but registered high stresses in the periodontal ligaments, far from the ideal stress levels able to produce tooth rotational movement.Conclusions:The model with a single attachment and 1.2° of aligner activation was the most efficient, followed by the three attachment model with the same degree of activation. Aligner activation should not exceed 1.2° to achieve better control of movement and reasonable stress in periodontal structures.     

附件对隐形矫治器内收上前牙影响的三维有限元分析

目的    通过拔除上颌第一前磨牙后前牙内收的隐形矫治三维有限元模型,分析切牙上设置附件对牙齿移动方式的影响。方法    基于1例成年患者颌骨的锥形束CT影像数据,按照切牙上有无附件,构建4组拔除第一前磨牙的上颌隐形矫治模型,分别为切牙无附件组、侧切牙单附件组、中切牙单附件组和双附件组;导入Ansys Workbench三维有限元软件,设置4个上切牙控根压入内收的隐形矫治过程,分析牙列初始位移和附件的应力分布。结果    切牙无附件组及中切牙单附件组均发生4个切牙的舌向倾斜移动,后牙产生不同程度的近中倾斜移动,尖牙近中倾斜伴有伸长;侧切牙单附件组及双附件组切牙呈整体内收压入移动趋势,切牙附件的龈方可观测到压应力集中。结论    隐形矫治内收上前牙时,在侧切牙放置附件有助于切牙整体内收的表达,而中切牙附件对牙移动方式的影响较小。     

无托槽隐形矫治器整体内收上颌前牙的三维有限元分析

目的:研究无托槽隐形矫治器整体内收上颌前牙过程中上颌前牙所受的应力情况及初始移动规律.方法:采用CBCT扫描已拔除双侧上颌第一前磨牙患者,建立上牙列、牙周膜及牙槽骨的初始复合体模型.激光扫描患者牙冠外形并与初始模型三维重叠建立终模型.应用ANSYS Workbench软件分析安装无托槽隐形矫治器时上颌前牙的应力分布及初始位移趋势.结果:建立了具有高仿真度的上颌复合体三维有限元模型;上颌双侧中切牙及侧切牙初始位移趋势一致,表现为远中舌向倾斜移动,且均有伸长趋势,其牙周膜应力分布与其位移趋势相一致;上颌双侧尖牙表现为远中倾斜移动趋势.结论:无托槽隐形矫治器在整体内收上颌前牙时,上颌前牙均表现为倾斜移动,且有伸长趋势.     

Numerical experiments on long-time orthodontic tooth movement.

In orthodontic treatment, teeth are moved by the use of specific force systems. The force system used depends on the patient's orthodontic situation characterized by the geometry of the tooth and the surrounding alveolar bone, which defines the position of the center of resistance. Therefore, the simulation of bone remodeling could be helpful for the treatment strategy. In this study, the optimal force system for bodily movement of a single-root tooth, with an orthodontic bracket attached, was determined. This was achieved by the use of the numerical finite element method, including a distinct mechanical bone-remodeling algorithm. This algorithm works with equilibrium iterations separated in 2 calculation steps. Furthermore, a parametric 3-dimensional finite element model, which allows modifications in the root length and its diameter, is described. For different geometries, the ideal moment-by-force ratios that induce a bodily movement were determined. The knowledge of root geometry is important in defining an optimal force system.     

双膜透明矫治器移动兔下颌中切牙的效果评价

目的:应用双膜透明矫治器对兔下颌中切牙进行正畸移动,评价双膜透明矫治器移动牙的效果。方法:选用6只新西兰大白兔,实验组为双膜透明矫治器加力组（3只）,设计戴用3步矫治器,每一步牙移动0.33 mm,先戴用薄膜透明矫治器2 d,再戴用厚膜透明矫治器2 d;对照组为常规厚度膜片透明矫治器加力组（3只）,设计戴用3步矫治器,每一步牙移动0.20 mm,每步矫治器戴4 d。在每组兔分别戴用第1、2和3步矫治器后制取模型,测量牙移动数据。采用SPSS 19.0软件包对数据进行统计学分析。结果:2组牙移动表达的精确度从牙冠切端向龈端逐渐降低,实验组的精确度随矫治时间增加呈下降趋势,而对照组的精确度随矫治时间增加无明显变化。实验组牙冠切端、中端和龈端牙移动速率均显著大于对照组（P<0.001）。结论:兔下颌中切牙在透明矫治器的作用下产生倾斜移动。采用双膜透明矫治器矫治,牙移动速率加快,但牙移动表达的精确度降低。     

个体化舌侧矫治器滑动法关闭间隙时牙齿移动趋势的三维有限元研究

目的依据个体化舌侧矫治器的设计特点,建立含有牙、牙周膜、牙槽骨和矫治系统的整体三维有限元模型,分析舌侧矫治器滑动法关闭拔牙间隙阶段的矫治力学机制。方法在三维有限元模型上,模拟临床中舌侧矫治单纯腭侧加力（O．75N、1．00N、1．50N）滑动法关闭拔牙间隙,在ANSYSll．0软件中分别选择牙列单元模型,读取加载结果,观察不同加载力值水平下,牙齿三维方向的移动趋势。结果建立了含有38个实体及372225个节点,256739个单元的三维有限元模型。随腭侧加载力值增大,牙列出现了以第一磨牙宽度增加、第二磨牙内翻扭转为主的水平向“拱形效应”,及以前牙舌倾下垂、第一磨牙远中下垂及第二磨牙整体下垂为主要特征的垂直向“拱形效应”。结论个体化舌侧矫治系统单纯腭侧加力滑动法关闭拔牙间隙时,牙列会产生垂直向和水平向的“拱形效应”,临床治疗中需要采取相应措施予以防止。     

Three-dimensional nonlinear prediction of tooth movement from the force system and root morphology

ObjectivesTo determine the different impact of moment-to-force ratio (M:F) variation for each tooth and spatial plane and to develop a mathematical model to predict the orthodontic movement for every tooth.Materials and MethodsTwo full sets of teeth were obtained combining cone-beam computed tomography (CBCT) and optical scans for two patients. Subsequently, a finite element analysis was performed for 510 different force systems for each tooth to evaluate the centers of rotation.ResultsThe center of C_ROT locations were analyzed, showing that the M:F effect was related to the spatial plane on which the moment was applied, to the force direction, and to the tooth morphology. The tooth dimensions on each plane were mathematically used to derive their influence on the tooth movement.ConclusionThis study established the basis for an orthodontist to determine how the teeth move and their axes of resistance, depending on their morphology alone. The movement is controlled by a parameter (k), which depends on tooth dimensions and force system features. The k for a tooth can be calculated using a CBCT and a specific set of covariates.