有限元法在牙颌面功能矫形方面的应用

有限元法是口腔正畸学中力学研究的有效的分析工具,是研究应力分布以及位移的最好的方法之一。而在牙颌面功能矫形中,明确了矫形力在口腔颌面部的应力分布和位移方向,才能够更好的运用各种矫治器。本文分别从对下颌骨和上颌骨力学作用的角度综述了功能矫治器应用有限元法研究的作用和成果,探讨了前导下颌的功能矫治器的作用和应力分布等问题,颏兜对颞下颌关节和下颌生长的影响,以及扩弓装置和上颌牵引装置对上颌骨各处骨缝的作用,并对近年来有关的研究进展作一概述。     

不同腭部形态MSE放置不同位置对颅面复合体和扩弓效果的影响

目的 利用三维有限元分析上颌骨性扩弓器(MSE)放置不同位置对颅面复合体和扩弓效果的影响。方法 利用锥形束CT (CBCT)及建模软件构建微种植钉支持式的三维有限元模型,模型构造包含MSE、牙列及颅骨。将不同腭部形态的颅上颌复合体模型分为腭盖正常组和腭盖高拱组,在这两种腭部形态下将MSE分别放置于第二前磨牙与第一磨牙间、第一磨牙间、第一与第二磨牙间,共分为6个模型(模型一,模型二,模型三,模型四,模型五,模型六)。每组将螺旋扩弓器分别施加0.25 mm横向位移,比较颅上颌复合体及第一磨牙的应力分布及位移趋势。结果 腭盖正常组颅上颌复合体等效应力为模型三>模型一>模型二,腭盖高拱组颅上颌复合体等效应力为模型四>模型五>模型六。各骨缝等效应力变化呈线性关系,其中颧颞缝、翼腭缝、额颌缝、颧额缝等效应力较高。随着扩弓器位置后移,翼腭缝、额颌缝、颧额缝应力呈递增趋势。腭中缝x轴位移中,腭盖正常组：模型二>模型三>模型一;腭盖高拱组：模型五>模型六>模型四;扩弓器相同位置腭盖高拱组腭中缝x轴位移均小于腭盖正常组。腭盖高拱组与腭盖正常组的腭中缝宽度相比...     

不同角度和牵引力对腰椎间盘作用的实验研究

为研究不同节段腰椎间盘突出的最佳牵引角度和牵引力 ,采用光弹实验方法与三维有限元计算法相结合 ,测算在前屈位和后伸位不同角度和不同重量牵引时 ,腰椎间盘各部应力值。结果显示随着牵引角度加大和牵引重量的增加 ,腰椎间盘各部拉应力逐渐加大。当角度大于 3 0°时 ,前屈位 L5～ S1 椎间盘前部变为压应力作用 ,而后伸位是椎间盘后部变为压应力 ;角度大于 2 5°时 ,前屈位 L3～ 4、L4～ 5椎间盘前部变为压应力作用 ,而后伸位是椎间盘的后部变为压应力。说明对 L5～ S1 、L4～ 5、L3～ 4椎间盘产生最佳效果牵引角度应是前屈位的 3 0°、2 5°、2 5°     

上颌前牵引对唇腭裂上颌骨影响的三维有限元生物力学研究

目的:探讨不同方向的前牵引力,对上颌骨的应力、应变和位移变化的影响规律,为临床唇腭裂患者的正畸治疗提供科学依据.方法:在自主探索建立的唇腭裂上颌骨三维有限元模型的基础上.利用ANSYS 10.0软件模拟上颌前牵引,分析比较在相同力值,不同牵引方向前牵引力作用下上颌骨的应力和位移变化.结果:前牵引力为500 g/侧,前牵引方向向前下20°～45°之间时,上颌骨发生向前、向下及向外的位移变化,上颌腭部牙弓形状发生内缩变化.内缩变化程度与前牵引方向有密切关系;前牵引方向与功能(牙合)平平面夹角越小,牙弓内缩越明显,区域越大,牵引方向与(牙合)平面夹角越大,内缩程度越轻,区域越小.结论:在前牵引力作用下,上颌骨发生向前、向下及向外的增长,上颌牙弓形状发生内缩变化,变化的程度与前牵引方向有密切的关系.     

上颌无牙颌All-on-Four远中种植体不同倾斜角度和长度的三维有限元应力分析

目的:应用三维有限元法研究上颌无牙颌All-on-Four远中种植体在不同角度和不同长度模型中的应力分布?方法:选择1例上颌无牙颌女性患者,采集数据,三维重建,构建上颌无牙颌“All-on-Four”种植修复的三维有限元模型?按照远中种植体角度和长度不同分为4组:A组30° 11.5 mm,B组30° 13.0 mm,C组45° 11.5 mm,D组45° 13.0 mm?100 N垂直静载荷分别加载于第一?二前磨牙及第一磨牙上模拟咀嚼受力,应用ABAQUS软件测算种植体在上颌无牙颌模型上的等效应力值?结果:垂直载荷下,应力集中在种植体颈部周围骨皮质区;远中种植体长度增加,各区域应力缓慢下降;远中种植体倾斜角度增加,应力分布分散,种植体颈部和根尖区应力明显减小?结论:远中种植体长度增加对应力分布和大小的改变并不显著,远中种植体倾斜45°比倾斜30°更有利于应力分散?     

上颌前牵引联合腭部扩弓的三维有限元生物力学研究

目的：探讨上颌前牵引过程中,模拟腭部扩弓对上颌骨的位移变化的影响规律,为临床上唇腭裂患者的正畸治疗提供理论依据。方法：在自主探索建立的唇腭裂上颌骨三维有限元模型的基础上,利用ANSYS 10.0软件模拟上颌前牵引和上颌扩弓,分析比较前牵引力作用下上颌骨的位移变化。结果：模拟前牵引加腭部扩弓治疗,上颌骨发生向前、向下、向外的增长。有扩弓治疗的水平位移值明显减小。健侧和患侧牙弓均未出现牙弓内缩的变化。结论：上颌前牵引联合应用腭部扩弓治疗唇腭裂患者,有利于全面改善上颌骨的发育。     

模拟上颌前牵引作用下大鼠上颌骨缝TGF-β1的表达

目的探讨模拟上颌前牵引作用下大鼠上颌骨缝转化生长因子β1(TGF-β1)表达的变化.方法选用生长发育期SD大鼠90只,随机分为实验加力组(A)、手术对照组(B)、自然生长组(C)各30只,分别在施加模拟上颌前牵引矫形力3 d、7 d、14 d、21 d、28 d时各处死6只,应用免疫组织化学染色法检测额颌缝、腭颌缝TGF-β1的表达.结果各时间点A组额颌缝(除3 d外)和腭颌缝TGF-β1的表达强于B、C组(P均＜0.01),而B组与C组间差异无统计学意义(P＞0.05).结论模拟上颌前牵引矫形力促进了上颌骨缝的改建,TGF-β1在骨缝的改建中发挥了重要作用.     

种植体支抗关闭拔牙间隙磨牙位移趋势的有限元研究

目的 运用三维有限元方法分析种植体支抗滑动法关闭拔牙间隙时上颌第一磨牙的Von Mises等效应力及位移变化趋势.方法 建立三维有限元模型,模拟临床种植体支抗滑动法关闭拔牙间隙,分析牵引力为1.5N时,种植体距离弓丝不同高度(6、8、10、12 mm)与牵引钩距离弓丝不同高度(1、4、7、10 mm)时,上颌第一磨牙Von Mises等效应力及位移变化趋势.结果 当种植体高度大于或等于牵引钩高度时,上颌第一磨牙根分叉处应力值最大;小于牵引钩高度时,应力分布出现在颊侧颈部,且腭根的腭侧应力值变小.上颌第一磨牙位移趋势为:X轴,磨牙向远中旋转,且旋转角度随牵引钩高度的增加而变大;Y轴,磨牙向远中倾斜、旋转,且倾斜角度随牵引钩高度的增加而增大;Z轴,磨牙近中向验方倾斜移动,且倾斜位移随牵引钩高度增加而增加.结论 上颌第一磨牙的应力分布变化与种植体植入高度及牵引钩高度有关;其位移变化趋势为磨牙向远中倾斜和旋转,其倾斜的方向与种植体高度和牵引钩高度有关.     

经翼腭管阻滞上颌神经的应用解剖观测

本观测随机抽取53例颅骨样本,对腭大孔、翼腭管等有关应用解剖进行了统计观测。结果表明:腭大孔孔径为(0.5±0.01)×(0.32±0.008)cm;翼腭管长1.67±0.06cm,92.5%为直管型;经翼腭管达翼腭窝的深度为3.11±0.1cm;翼腭管与硬腭的夹角为62.3±1.03°,与颅骨正中矢状面的夹角为3.5±0.45°。以上数据显示,在作口内注射阻滞上颌神经干时,腭大孔和翼腭管均可允许注射针顺利通过,但进针方向应朝后、上、外方向,进针平均深度为3.11cm,供临床在应用中参考。     

锥形束CT研究上颌反复扩缩前方牵引后上颌骨缝的三维变化

目的: 使用锥形束CT (cone-beam computed tomography,CBCT)影像研究上颌反复快速扩缩前方牵引后上颌及周围骨缝的三维变化,探讨该变化与颧颌缝成熟度之间的关系,分析上颌前移的影响因素,为骨性Ⅲ类错牙合畸形的早期治疗提供参考。方法: 选择36例上颌后缩患者,使用随机化区组设计分为单次扩弓组和反复扩缩组(临床试验注册号:ChiCTR2000034909), 患者7~13岁,安氏Ⅲ类错牙合,前牙反牙合,头影测量显示ANB角<0°,Wits值<-2 mm,上齿槽座点(A点)至过鼻根点(N点)的眼耳平面垂线的距离(A-Np)<0 mm。单次扩弓组行上颌单次快速扩弓后面罩前方牵引,反复扩缩组行上颌反复快速扩缩后面罩前方牵引。使用Dolphin 11.7软件对每组治疗前后的CBCT影像进行头位校正,使用Mimics 10.01软件进行三维重建,测量上颌骨及其周围骨缝标志点,使用独立样本t检验、双因素方差分析、Pearson相关性分析和回归分析进行统计学分析。结果: 除2例患者未完成复诊随访外,其余34例患者均完成治疗。与单次扩弓组相比,反复扩缩组患者治疗后上颌及周围骨缝标志点矢状前移量更大,颧颞缝、颧颌缝及颧额缝标志点矢状向分别前移1.21 mm、2.20 mm及1.43 mm,组间差异均有统计学意义(P<0.05)。除颧颞缝外,其余骨缝标志点矢状向前移量不受颧颌缝成熟度影响(P>0.05)。反复扩缩组治疗后,颧颌缝标志点和A点矢状向前移量之间相关性较强(P<0.01),回归分析R²=42.5%。结论: 与上颌单次快速扩弓相比,上颌反复快速扩缩前方牵引对于早期治疗上颌后缩可能效果更佳;上颌反复快速扩缩前方牵引后,颧颌缝作为上颌矫形力作用的主要骨缝之一,其矢状向前移量与上齿槽座点的前移量相关性较强。     

两脚和四脚快速腭扩张器疗效的比较研究

目的:本研究比较了两脚和四脚腭快速扩张器在打开腭中缝和牙齿扩张的效果.方法:本研究包括30例患者,随机分配在两脚扩张器组和四脚扩张器组,在扩张器戴入前,扩弓结束后和扩张器拆除时,拍摄标准咬合片和采取上颌模型,并对测量数据进行统计分析.结果:研究发现两组间的磨牙尖宽度、磨牙龈宽度、尖牙尖宽度、尖牙龈宽度和中切牙间裂隙间没有统计学差异;在牙弓的周长和腭中缝打开上略有差异.结论:两脚扩张器和四脚扩张器对腭中缝和牙列的作用相同.     

下颌角在外力加载下的应力分析

目的：应用有限元法分析下颌角在不同受力方向、不同大小外力及受力面积情况下颌骨内应力变化。方法：利用ANSYS软件建立下颌骨三维有限元模型,应用该模型分别计算不同方向、不同大小的外力、不同受力面积作用于下颌角时下颌骨的应力值,分析主应力值以及应力分布情况。结果：（1）下颌角侧方加载力时,同侧下颌角、髁状突颈部、下颌隆突、磨牙后三角区及颏部舌侧面应力较大。下方加载时,双侧髁状突颈部、同侧下颌角下缘、外侧面应力较大。（2）无论下方或侧方加载,随外力增大,应力值以及应力集中区域不断增大。受力面积不变,外力越大,应力值越大,应力大小与力的大小成正比。外力大小不变时,受力面积越大,应力越小。结论：静载荷作用于下颌角时下颌骨各部位应力分布与外力大小、力的方向以及加载面积密切相关。     

A Three-dimensional Finite Element Analysis of All-ceramic Crowns of the First Mandibular Molar

The aim of the study is to evaluate the stress distribution of all-ceramic crowns of the mandibular first molar using different ceramic materials. Four three-dimensional finite element model of the first mandibular molar with different ceramics were constructed using Ansys software and the four kinds of ceramics included Empress 1, Empress 2, In-Ceram Alumina and In-Ceram Zirconia. A loading simulating the maximum bite force was applied vertically to the crowns and the stresses were calculated. The results showed that the overall stress distribution in all this four types of all-ceramic crowns were similar to each other. And there was no significant difference among the values of maximum compressive, tensile and shear stresses among four models. The compressive stress on the occlusal region, the tensile stress and shear stress at the buccal cervical marginal and inner aspect of all-ceramic crowns could be observed. It can be concluded that these areas are the weak parts of the full-ceramic crown and should be strengthened to prevent the fracture of the crown. And the further fatigue study was also needed under the cyclic loading condition to evaluate the lifetime of the various crown materials.     

前交叉韧带重建术后移植物应力的有限元分析

目的: 探究前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)重建后移植物应力分布特征,为ACL重建的手术方案提供理论参考。方法: 基于三维磁共振及CT影像,建立完整膝关节有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内侧副韧带、外侧副韧带、ACL、后交叉韧带;建立ACL重建后膝关节有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内侧副韧带、外侧副韧带、ACL移植物、后交叉韧带。模型采用线弹性材料属性,骨组织材料属性设置为弹性模量17 GPa,泊松比(Poisson’s ratio)为0.36;完整膝关节及ACL重建膝关节的模型中的韧带组织及ACL移植物的材料属性设置为弹性模量390 MPa,泊松比0.4;将股骨固定设置为模型边界条件,施加胫骨前向134 N的拉力为载荷条件,求解分析完整膝关节的ACL及重建术后的ACL移植物的拉应力、压应力、剪切应力、等效应力的受力状态。结果: 重建后的ACL移植物的最大压应力(6.34 MPa)、等效应力(5.9 MPa)、剪切应力(1.83 MPa)均在前侧股骨端,与完整膝关节ACL最大压应力(8.77 MPa)、等效应力(8.88 MPa)、剪切应力(3.44 MPa)位置一致。移植物最大拉应力也出现在股骨端,但位置在后侧,与完整膝关节ACL最大拉应力位置一致,且ACL移植物最大拉应力的值仅为0.88 MPa,小于完整膝关节ACL的2.56 MPa。结论: ACL移植物压应力、等效应力、剪切应力最大值均在前侧股骨端,最大拉应力出现在股骨端后侧,均与完整膝关节ACL最大拉应力位置一致;ACL移植物的前侧部分承受力较大,后侧部分承受力较小,与ACL的生物力学特性相符合。     

颈椎前路椎管扩大的三维有限元研究

目的：运用三维有限元法分析颈椎前路椎体撑开的安全性和椎管扩大的有效性。方法：采用下颈椎(C5)三维有限元模型，模拟颈椎前路椎体开槽撑开过程，分别施加80、120、160N荷载，采用静态分析方法对模型进行线弹性分析，观察应力分布与应变特征，并重建颈椎应变的截面轮廓图进行比较分析。结果：C5有效应力主要集中在椎板近棘突处，椎板内外壁主应力方向不同。应变后椎管面积增加率最大，集中在椎管中央和侧方；壁椎管内壁径增加率最小，160N载荷下椎管内壁的变形率为1．77％。结论：颈椎前路椎体撑开可扩大椎管，有效减小椎管内压应力，并提示在一分限度内是安全的。     

腰椎峡部裂记忆合金节段内固定器的有限元分析

目的：采用有限元分析法测试记忆合金节段内固定器的抗拉强度及其在加载时的应力分布。方法：将节段内固定器的设计参数、实体扫描图像及材料力学特性输入计算机，在ANSYS软件固有的三维坐标系中建立节段内固定器的实体模型，并进行网格划分，然后给予拉伸载荷，测量承载点的拉力及内固定器的应力分布。结果：当节段内固定器两钩中点被拉开2mm时，承载点的拉力为281N，应力分布在内固定器的中间部位最集中，在两钩部较小。结论：节段内固定器抗拉能力强，固定牢固，内固定器的中间部是加载时应力最集中的部位，是最易发生疲劳、断裂的部位。     

过萌磨牙牙周组织内应力分布的有限元研究

目的：探讨牙齿过萌与其周围生物力学环境变化之间的内在联系。方法：用二维有限元法分析阻萌力减少前后下第一磨牙牙周组织内应力分布的变化。结果：牙周膜内的应力分布随阻萌力的变化而改变，并具有明显的规律性。结论：阻萌力下降所致牙周膜内压应力值的降低或拉应力值的出现与过萌牙牙槽骨的骨质沉积加快必然有着某种内在的联系。     

Biomechanical evaluation of flexor tendon repair techniques

Biomechanical evaluation of flexor tendon repair techniques@Wang B @Chen F @Pan CZ @Xie RG     

静压力对新生SD大鼠髁状突软骨细胞增殖影响的体外实验研究

目的：探讨不同静压力对髁状突软骨细胞增殖的影响。方法：对培养到第三代的新生SD大鼠髁状突软骨细胞加载0、12、24、36kPa的静压力1h后立即收集样本，用流式细胞仪分析各样本各增殖周期DNA含量变化，计算细胞增殖活性指数。结果：12、36kPa静压力能降低髁状突软骨细胞的增殖活性，24kPa静压力能增加髁状突软骨细胞的增殖活性。结论：静压力对髁状突软骨细胞的增殖活性具有双重效应，即压力过大过小均不利于软骨细胞的增殖，适当静压力能促进软骨细胞的增殖。