台阶式垂直闭合曲内收上颌切牙的三维有限元分析

目的 研究台阶式垂直闭合曲在三维空间内对上颌切牙位置的控制作用.方法 选择一名正常 志愿者,对其上颌牙列和牙槽骨进行三维螺旋CT扫描,只对上颌右侧中、侧切牙及牙槽骨进行建模和数据计算,利用Ansys软件生成右侧弓丝-托槽-上颌切牙段及牙周支持组织的三维有限元模型,最后根据镜像对称原理建立弓丝-托槽-上颌切牙段及牙周支持组织的三维有限元模型.模拟台阶式垂直闭合曲在临床上的使用情况加力,分析上颌切牙的位移趋势以及牙周支持组织中的应力分布规律.结果 台阶式垂直闭合曲作用下,上颌中切牙舌向、唇向最大位移分别为5.29×10-2和0.71×10-2 mm;龈向、向最大位移分别为10.47×10-3和10.20×10-3 mm;近中、远中最大位移分别为10.26×10-3和1.63×10-3 mm;侧切牙舌向、唇向最大位移分别为3.31×10-2和0.41×10-2 mm;龈向、向最大位移分别为10.52×10-3 和5.10×10-3 mm;近中、远中最大位移分别为6.29×10-3 和4.64×10-3 mm;二者均表现为舌向、龈向的近似整体移动趋势.中切牙牙齿、牙周膜、牙槽骨的最大应力值分别为31.35、2.52、4.64 MPa;侧切牙牙齿、牙周膜、牙槽骨的最大应力值分别为19.59、1.28、4.12 MPa;二者的应力分布规律相似,牙周膜对应力起缓冲作用.结论 台阶式垂直闭合曲在上颌切牙内收阶段可控制其在三维方向上的位置,对抗"钟摆效应",对临床实践具有一定参考意义.

Abstract：

Objective To investigate the displacement and stress distribution of upper incisors in three-dimensional(3D) space controlled by step-shaped vertical closing loop. Methods The maxillary teeth and alveolar bone of a volunteer with normal occlusion were scanned with 3D spiral CT. Modeling and calculation were only carried out on right upper central incisor, lateral incisor and their alveolar bone in order to simplify the procedures. A 3D finite element model of archwire-brackets-upper incisors and periodontal tissues was developed using Ansys finite element package. Finally, a 3D finite element model of archwire-brackets-upper incisors and periodontal tissues was established based on mirror symmetry principle. The displacement of maxillary incisors and stress distribution in periodontal tissues were analyzed. ResultsWhen step-shaped vertical closing loop was simply drew back 1 mm, the maximum displacement of upper central incisor in labial and lingual direction were 5.29×10-2 and 0.71×10-2 mm; 10.47×10-3 and 10.20×10-3 mm in gingival and occlusal direction, 10.26×10-3 and 1.63×10-3 mm in medial and distal direction; the maximum displacement of upper lateral incisor in labial and lingual direction were 3.31×10-2 and 0.41×10-2 mm, 10.52×10-3 and 5.10×10-3 mm in gingival and occlusal direction, 6.29×10-3 and 4.64×10-3 mm in medial and distal direction, the displacement trend of them were moving lingually and gingivally similar to bodily movement. The stress peach of upper central incisor, periodontal ligament and alveolar bone were 31.35, 2.52 and 4.64 MPa, the stress peach of upper lateral incisor, periodontal ligament and alveolar bone were 19.59, 1.28 and 4.12 Mpa, the stress distribution of them were similar and the periodontal ligament buffered the stress imposed on the tooth. Conclusions The position of upper incisors in 3D space could be controlled by step-shaped vertical closing loop and the pendulum effect could be confronted.     

上颌成组切牙三维有限元模型的建立

目的建立上颌成组切牙的三维有限元模型。方法利用Micro-CT扫描技术扫描上颌成组切牙,结合Geomagic Studio及Unigraphics NX4平台建立上颌成组切牙的三维几何模型,导入有限元分析软件Ansys Work-bench 11.0中,建立起实体模型。结果建立的有限元模型共有单位35 873个,节点62 359个;模型形态逼真,具有较高的几何相似性,能够任意旋转、放大或者缩小,通过对模型施加不同大小的力,能以单独或者成组的方式观察和分析各个牙的受力情况。结论实验成功建立上颌成组切牙的三维有限元模型,该模型结构完整,能够较准确模拟上颌切牙的力学反应情况。     

J钩牵引方向对上颌切牙牙周膜初始应力影响的三维有限元分析

目的 分析J钩牵引方向变化对上颌切牙牙周膜应力分布的影响,探讨J钩牵引过程中的力学机制,为临床正畸提供客观的理论依据。方法 建立上颌牙齿及矫治器的三维有限元模型;在弓丝定点上以1.5 N的力保持与矢状面颊向30°不变,与牙合平面角度从0°~90°之间每5°加载一次,描绘出上颌切牙牙周膜应力图。结果 随着牵引角度增大,上切牙牙周膜压应力区由腭侧近颈缘和唇侧近根尖逐渐变为腭侧近根尖和唇侧近颈缘;牵引角度65°~75°时,中切牙牙周膜应力比较均匀,牵引角度45°~55°时,侧切牙牙周膜应力较均匀。结论 随着角度的增大,切牙由舌倾趋势变为唇倾趋势。     

上颌前牙单个种植体带角度基桩的三维有限元应力分析

目的:单个上前牙缺失的种植修复是种植义齿修复的一种特殊形式,但这种种植修复形式需要辅以带角度基桩来弥补植入体长轴与上部修复体长轴的不一致.从而造成了其应力分布形式的特殊性.方法:本实验运用三维有限元应力分析方法,研究不同角度基桩在相同修复条件下对种植体,周围骨组织应力分布的影响,实验采用美国AIS公司的ALGOR分析软件,通过对离体上颌骨标本CT扫描,建立一个部分上颌三维有限元模型.在模型的右上中切牙位置植入一枚Branemark种植体,上部连接成角度的基桩,在基桩截面上施加一个二维的咬合载荷,同时输入物理参数,在计算机上运行ALGOR软件进行数据计算及处理.结果:三维有限元方法能够比较全面地分析种植义齿结构各部分的应力分布;随着基桩角度增大,加载后,种植体,周围骨组织的应力峰也随之增加,其增加的幅度随基桩角度增大加大,加载后,应力集中于种植体颈部皮质骨区域,最大压应力位于辰侧颈部皮质骨区域;最大拉应力位于腭侧颈部皮质骨区域:从颈部1/3骨质区至根端方向,种植体,周围骨组织应力集中明显减小.结论:运用成角度基桩修复单个上前牙缺失,种植体及周围组织的应力集中于颈部皮质骨区域,应力随基桩角度增大而增加,故临床应用这种修复形式时,应尽量减少基桩的角度,从而使植入体长轴与上部修复体长轴趋向一致.避免过大的应力峰值对种植体造成损害.     

J钩高位牵引压低内收上颌切牙的三维有限元分析

目的分析J钩高位牵引时牵引钩高度变化对切牙牙周膜应力和初始位移的影响,探讨J钩牵引过程中的力学机制,为临床正畸提供客观的理论依据。方法建立上颌牙齿及矫治器的三维有限元模型;牵引钩高度分2、4、6、8、10、12 mm 6种高度;于牵引钩顶端加载与矢状面颊向30°及与牙合平面向上30°,力大小为1.5 N;描绘出上颌切牙牙周膜应力图和初始位移图。结果当牵引钩高度增加时,中切牙最大主压应力变大,牵引钩高度小于4 mm时表现为舌倾压低,牵引钩高度大于8mm时表现为唇倾压低;侧切牙最大主压应力值先变小后增大,在牵引钩高度为4 mm时最小、12 mm时最大,舌倾伸长趋势增加。结论 J钩高位牵引时随着牵引钩高度增加,中切牙从舌倾压低变为唇倾压低;侧切牙舌倾伸长趋势增加。     

上颌前牙带角度桩冠的三维有限元应力分析

目的 :研究上前牙带角度桩冠修复的应力分布。方法 :通过对上前牙桩冠修复患者进行CT扫描 ,建立上前牙带角度桩冠的三维有限元模型 ,在ANSYS软件中设定各种材料参数 ,施加载荷 ,进行数据运算处理。结果 :最大应力峰值出现在唇侧颈部皮质骨区域 ,唇侧为压应力 ,腭侧为拉应力。结论 :带角度桩冠修复上前牙 ,应力主要集中在颈部皮质骨区域内 ,唇侧大于腭侧 ,并且应力随桩冠角度的增大而增大     

上颌全口义齿基托断裂原因的有限元应力分析

全口义齿基托的断裂是修复临床常见问题之一。根据我科1978—1982年534件全口义齿断裂情况分析,上颌414件(77.53％),下颌120件(22.47％);在146例上颌全口义齿断裂部位中,正中裂112例(76.71％),非正中裂及其它34例(23.29％)。与国内作者统计资料基本相符。对断裂的临床有关因素,国内外有很多文献资料,进行过统计分析,并提出预防措施。不少学者用应变仪,     

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。     

上中切牙铸造陶瓷全冠三维有限元分析

目的 分析上中切牙铸造陶瓷全冠不同颈缘形态的应力分布规律,为陶瓷全冠的临床应用提供依据。方法 采用三维有限元法。结果 瓷冠唇、舌侧颈缘有张应力、压应力集中;瓷冠表达应力〉冠内应力〉制备体应力;台肩型罗凹面型陶瓷冠垢应力值小。结论临床制备陶瓷全冠时建议设计台肩型,冠颈缘厚度应在０．５￣１．０ｍｍ之间,冠表面应高度抛光,去除裂纹,以提高冠的抗折能力。     

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。     

不同牙本质肩领高度的上颌中切牙用不同材料桩核冠修复的有限元分析

目的 应用三维有限元法分析具有不同牙本质肩领高度的上颌中切牙,在选用不同材料桩核冠修复后的应力分布。方法 通过螺旋CT扫描、Mimics和Geomagics等软件建立桩核冠修复的上颌中切牙有限元模型,模拟玻璃纤维、氧化铝陶瓷两种材料在0 mm、1 mm、2 mm、3 mm 4种牙本质肩领高度,在上颌中切牙舌侧切1/3与中1/3交界处,与牙体长轴成45°切龈向加载,载荷量为100 N,加载方式为静态加载,分析牙本质内的Von Mises应力和位移。结果 纤维桩和陶瓷桩对上颌中切牙修复后的应力集中区均位于桩尖牙本质中,随着材料弹性模量的升高应力峰值明显增加,陶瓷桩修复的上颌中切牙应力峰值（11.263 0 MPa）明显高于纤维桩修复的应力峰值（9.745 9 MPa）。陶瓷桩材料修复上颌中切牙的Von Mises应力值和位移受牙本质肩领高度的影响较小,随着牙本质肩领高度的降低,Von Mises应力值逐渐下降,最大主应力和最小主应力均逐渐增加,修复后的位移也随牙本质肩领高度的降低而下降。结论 通过建立不同牙本质肩领高度上颌中切牙的桩核冠修复的有限元模型和应力分析,能够预测不同材料对不同牙本质肩领高度的上颌中切牙应力分布的影响,应根据不同牙本质肩领高度选择不同的桩核材料。此外,适当保留牙本质肩领结构对提高修复效果具有重要意义。     

种植全口覆盖义齿应力分布的三维有限元分析

目前种植技术在无牙颌患者中应用广泛,但随之亦发现种植固定义齿的一些不足,所以种植覆盖义齿应运而生,并以其特有的优势得到了越来越多的关注,那么种植体支持的覆盖义齿在固位方式、种植体的数量和植入部位等方面该如何选择和把握呢?本文利用三维有限元的分析方法,研究受力状态下的无牙颌种植覆盖义齿应力分布状况,并对应力分布的影响因素进行探讨,拟为种植覆盖义齿应力分布均匀,优化种植覆盖义齿的临床修复设计提供理论依据,从而提高种植覆盖义齿的远期成功率.     

上中切牙牙周支持组织高度降低的三维有限元分析

目的:研究牙周支持高度降低状态下施加舌向集中力时,牙周组织的应力变化、分布规律和牙的初始位移。方法:采用螺旋CT扫描、数字影像传输与转录方法,获得中切牙三维形态的原始数据。通过减少牙周支持组织的高度,产生代表6种不同牙周支持高度的三维有限元模型。结果:随着牙槽骨高度的降低,上中切牙牙周膜最大等效应力和主应力逐渐增大。最大拉应力位于舌侧根尖部,最大压应力位于舌侧牙槽嵴顶。牙周膜的应力随牙槽骨高度的降低呈非等比增加。结论:随着牙周支持组织高度的逐渐降低,牙的旋转中心向根尖移动,牙周支持组织对牙的支持能力明显减弱。在正畸治疗中,所应用的力必须成比例减小,以维持正常生理的可耐受的运动而不造成支持组织的进一步损伤。     

Three dimensional finite element analysis of the stress distribution around the mandibular posterior implant during non-working movement according to the amount of cantilever

PURPOSE

In case of large horizontal discrepancy of alveolar ridge due to severe resorption, cantilevered crown is usually an unavoidable treatment modality. The purpose of this study was to evaluate the clinical criteria for the placement of the aforementioned implant crown.

MATERIALS AND METHODS

The mandible model with 2 mm thick cortical bone and cancellous bone was fabricated from CT cross-section image. An external connection type implant was installed and cantilevered crowns with increasing offset of 3, 4, 5, 6, and 7 mm were connected. Vertical load and 30° oblique load of 300 N was applied and stress around bone and implant component was analyzed. A total of 14 cases were modeled and finite element analysis was performed using COSMOS Works (Solid works Inc, USA).

RESULTS

As for the location of the vertical load, the maximum stress generated on the lingual side of the implant became larger according to the increase of offset distance. When the oblique load was applied at 30°, the maximum stress was generated on the buccal side and its magnitude gradually decreased as the distance of the offset load increased to 5 mm. After that point, the magnitude of implant component''s stress increased gradually.

CONCLUSION

The results of this study suggest that for the patient with atrophied alveolar ridge following the loss of molar teeth, von-Mises stress on implant components was the lowest under the 30° oblique load at the 5 mm offset point. Further studies for the various crown height and numbers of occusal points are needed to generalize the conclusion of present study.     

上颌前磨牙全瓷嵌体修复三维有限元模型的建立与应力分析

目的建立上颌前磨牙Ⅱ类洞全瓷嵌体修复的计算机三维实体模型和有限元模型,并进行应力分析,以期为临床全瓷嵌体修复提供理论参考。方法利用Micro-CT扫描获得牙体原始数据,建立上颌前磨牙Ⅱ类洞全瓷嵌体修复的三维有限元模型,采用有限元分析软件ANSYS10.0计算分析牙釉质、牙本质、嵌体及粘结剂层的最大主应力。结果建立了包含牙釉质、牙本质、牙髓腔、牙周膜、嵌体及粘结剂层的上颌前磨牙Ⅱ类洞嵌体修复的精细三维有限元模型。牙釉质的应力集中部位在洞型龈壁的位置,最大主应力值为10.52MPa;牙本质的应力集中部位在牙本质近牙髓腔的位置,最大主应力值为3.76 MPa;嵌体的应力集中部位在其与龈壁对应的位置及嵌体底面,最大主应力值为5.82 MPa。结论上颌前磨牙Ⅱ类洞全瓷嵌体修复后,牙釉质的薄弱部位在龈壁;牙本质的薄弱部位在窝洞底部近牙髓腔的位置;嵌体的薄弱部位在其与龈壁对应的位置。     

计及牙尖斜度的上颌全口义齿基托应力及其分布状况

目的 :研究牙尖斜度对上颌全口义齿基托应力分布状况的影响 ,为预防上颌全口义齿基托折裂和全口义齿修复时人工牙牙尖斜度的选择提供理论依据。方法 :应用三维有限元应力分析法研究不同牙尖斜度时上颌全口义齿基托应力及其分布状况。结果 :随着牙尖斜度的增加 ,基托的应力集中状况明显加剧 ,牙尖斜度为 10°时 ,基托应力集中状况相对较缓 ,2 0°时次之 ;拉应力集中区由基托前腭部、前牙腭侧移动到唇系带切迹区 ;综合应力集中区由基托前腭部、前牙腭侧移动至后牙牙列的部位。结论 :牙尖斜度对上颌全口义齿基托的应力集中状况有明显的影响作用。临床行全口义齿修复时 ,宜选用牙尖斜度为 10°或 2 0°的人工牙 ,以便达到减缓基托应力集中之目的。提示如何使基托内集中的应力重新分布或减缓应力集中应是解决基托折裂的关键性问题。     

不同部位种植体支抗前牵引上颌的三维有限元分析

目的采用三维有限元方法分析不同部位的种植体支抗前牵引对上颌复合体的影响,为种植体支抗前牵引治疗骨性Ⅲ类错牙合提供客观的理论依据。方法运用已建立的上颌复合体和种植体的三维有限元模型,在上颌骨唇颊侧三个不同部位(上颌中切牙与侧切牙牙根间;尖牙与第一双尖牙牙根间;第二双尖牙与第一磨牙牙根间)植入种植体,模拟临床在种植体上加载前牵引力,不同部位和不同角度之间两两组合共形成12种工况,分析比较不同工况下上颌复合体发生的应力分布以及旋转、移位变化。结果不同部位不同角度的前牵引力对上颌复合体的影响表现为:①牵引力向前下与眶耳平面呈30°方向时,随着种植体部位的逐渐后移,除颧额缝处应力逐渐减小外,其余各骨缝处应力逐渐增大。当种植体位于第二双尖牙与第一磨牙牙根间时,上颌复合体各相关骨缝主应力值最接近。②牵引力向前下40°方向时,蝶颌缝变化较大。当种植体位于中切牙与侧切牙牙根间和尖牙与第一双尖牙牙根间时此处受到的是压应力;而当种植体位于第二双尖牙与第一磨牙牙根间前牵引时则变为拉应力。③牵引力向前下50°和60°方向时,鼻颌缝处应力在三个不同部位种植体牵引时虽发生较大变化,但均为拉应力。蝶颌缝处应力均为压应力。结论根据应力分析,随着种植体植入部位的逐渐后移,上颌复合体逆时针旋转趋势逐渐增大:①牵引角度30°,种植体位于第二双尖牙与第一磨牙牙根间时,上颌复合体可能发生近似整体前移;当种植体位于中切牙与侧切牙牙根间、尖牙与第一双尖牙牙根间时,上颌复合体均可能发生顺时针旋转。②牵引角度40°,种植体位于第二双尖牙与第一磨牙牙根间时,上颌复合体可能发生逆时针旋转,其余两部位前牵引时上颌复合体均可能发生顺时针的旋转;③牵引角度大于50°,三个不同种植体部位前牵引均可能导致上颌复合体顺时针旋转。     

上颌全口义齿固位与稳定性的三维有限元分析

目的研究牙尖斜度、腭穹隆形状、人工牙排列位置对上颌全口义齿固位与稳定性的影响。方法应用三维有限元方法研究牙尖斜度、腭穹隆形状和人工牙排列位置对上颌全口义齿基托位移状况的影响。结果颊侧基托边缘区垂直向位移均为压向粘膜方向,使基托下沉的移位;后牙从牙槽嵴顶向颊侧移动,前牙唇向偏离牙槽嵴时,唇、颊侧基托边缘区位移增大;牙尖斜度为0°和10°时,基托后缘区垂直向位移、唇侧基托的垂直向和纵向位移均为背离粘膜方向,牙尖斜度大于等于20°时,基托后缘区和唇侧基托边缘区的垂直向位移变为压向粘膜方向。腭穹隆低平和腭穹隆高者位移较腭穹隆适中者大。结论牙尖斜度、腭穹隆形状、人工牙排列位置对上颌全口义齿的固位与稳定有明显的影响作用。选用牙尖斜度为22°～24°的人工牙有利于义齿的固位与稳定。     

不同材料不同形态桩核修复上颌中切牙牙本质应力的有限元分析

Sun Jing,Tel：021-66313725