下颌骨颊舌向骨宽度的三维有限元分析**

背景：由于牙列缺损、牙列缺失、牙周病、创伤、肿瘤等因素,很多患者面临着种植区颌骨颊舌向宽度不足这一问题,目前学者们对种植体周适宜的颊舌向骨宽度尚无一致的结论。目的：利用三维有限元法探寻下颌骨种植体-骨界面应力分布情况,以评定出适宜种植所需下颌骨颊舌向骨宽度。方法：用三维有限元分析法,分别对Ⅰ类、Ⅲ类骨质类型所含种植体的下颌骨模型(种植体颈部区域颊舌向骨宽度1,1.5,2,2.5,3,3.5 mm)施加200 N 垂直和斜向60°两种方向的集中载荷,并对种植体骨界面进行应力分析。结果与结论：种植体两侧各有2 mm 以上的骨量即可使种植体骨界面的应力达到较为理想的状态。斜向载荷状况下产生的应力远大于垂直向载荷下产生的应力。结果表明种植体周颊舌向拥有适当的骨量对种植体骨界面应力分布有显著影响,临床种植方案设计时应尽量避免或减小斜向载荷的出现。     

两种颌间牵引对下颔骨微种植体及周围影响的三维有限元分析

背景：有限元分析能够模拟正畸治疗方法,并对模型进行生物力学分析,此方法被认为是一种重要的、新的正畸生物力学分析方法。目的：以三维有限元方法分析下颌骨微种植体及周围牙齿在颌间Ⅱ类、Ⅲ类牵引状况下的应力分布。方法：选择一个牙列完整（无第三磨牙）,咬合关系正常,后牙中性颌,无任何颞下颌关节紊乱症状和体征及病变的成年女性志愿者,24岁。采用螺旋CT对志愿者行闭口位头颅CT断层扫描,应用Ansys多种软件结合的方法,建立颞下颌关节、下颌骨及下颌牙列、微种植体的三维有限元模型,模拟临床颌间II类、III类牵引对微种植体及周围牙齿应力的影响,并对其进行分析。根据方向分别加载,力值为1N。结果与结论：①所建三维有限元模型具有较好的几何相似性。②颌间Ⅱ类牵引：种植钉在上颌在尖牙和第一前磨牙之间,下颌在第二前磨牙和第一磨牙之间。第一磨牙应力分布大于第二前磨牙,但第二前磨牙牙周膜应力分布大于第一磨牙牙周膜。③颌间Ⅲ类牵引：种植钉在上颌在第二前磨牙和第一磨牙之间,下颌在尖牙和第一前磨牙之间。下颌尖牙及其牙周膜应力分布大于下颌第一前磨牙。④微种植体及周围牙齿在进行颌间牵引时应力分布变化微小。     

下颌骨角部受力时应力分布的三维有限元分析

背景：关于下颌骨撞击后,下颌骨不同部位的骨折危险性的相关研究比较薄弱。目的：应用有限元方法分析下颌骨角部受瞬间外力作用下应力分布的情况和特点。方法：采用薄层CT扫描技术、医学影像三维重建软件Amira联合Unigraphics NX造型软件建立下颌骨三维模型。在Ansys软件中,于左侧下颌角区分别施以与矢状面垂直,平行的两个不同方向的1000N压力,获取受力后下颌骨应力分布状况和薄弱区域受力大小。结果与结论：建立了下颌骨有限元模型,当左侧下颌角受到水平向右垂直于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面,左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会造成轻微损伤。当左侧下颌角下缘受到垂直向上平行于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面和左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会轻微损伤。提示当下颌骨角部受到瞬间外力时,应力主要集中在下颌骨的薄弱区域,应力较大部位与骨折易发部位密切相关。且在薄弱区域中,两侧下颌角及髁状突颈部的损害最为严重。     

骨质量对种植牵张初期稳定性影响的三维有限元分析

背景:种植体型牙槽嵴牵张器的初期稳定性取决于骨-牵张器界面适当的应力分布,了解植入初期的生物力学改变有助于提高种植体型牙槽嵴牵张器的临床成功率.目的:通过有限元法了解骨质结构对牵张初期应力分布和牵张器、骨段变形情况的影响.方法:利用CAD软件绘制由输送段和基段组成的牵张器模型(长11 mm,直径3.7～4.1 mm),同一软件绘制4个下颌骨节段模型模拟4类不同骨质的下颌骨.装配后导入ANSYS软件形成由10 079～11 456单元和17 299～20 101节点构成的有限元模型,利用该系列有限元模型分析松质骨、密质骨的应力改变和输送骨段、牵张器的变形情况.结果与结论:最大应力均出现在输送骨段,随骨质量下降而增大;骨最大变形出现在输送段边缘,随着骨质量下降而增大;牵张器的下沉也随着骨质量的下降而增大.结果表明随着骨质量的下降,最大应力与变形均明显增大.骨弹性模量的下降将增大牵张成骨失败的风险.     

下颌骨角部受力时应力分布的三维有限元分析

背景:关于下颌骨撞击后,下颌骨不同部位的骨折危险性的相关研究比较薄弱。目的:应用有限元方法分析下颌骨角部受瞬间外力作用下应力分布的情况和特点。方法:采用薄层CT扫描技术、医学影像三维重建软件Amira联合Unigraphics NX造型软件建立下颌骨三维模型。在Ansys软件中,于左侧下颌角区分别施以与矢状面垂直,平行的两个不同方向的1000N压力,获取受力后下颌骨应力分布状况和薄弱区域受力大小。结果与结论:建立了下颌骨有限元模型,当左侧下颌角受到水平向右垂直于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面,左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会造成轻微损伤。当左侧下颌角下缘受到垂直向上平行于矢状面的外力时,左右两侧的下颌角及髁状突颈部极易造成骨折,正中联合区域内侧面和左侧颏孔区可能会出现骨裂,而右侧颏孔区仅会轻微损伤。提示当下颌骨角部受到瞬间外力时,应力主要集中在下颌骨的薄弱区域,应力较大部位与骨折易发部位密切相关。且在薄弱区域中,两侧下颌角及髁状突颈部的损害最为严重。     

建立带桩嵌体修复下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型

背景：磨牙残冠修复时通常情况下残留的牙体较少,且修复后在各种受力情况下牙齿的应力分布能够直接影响修修复后效果,有限元法逐渐被应用到义齿的应力分析中.目的：建立带桩嵌体修复下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型,为提高复杂牙齿的建模水平及分析修复方式的应力分布特点提供实验数据.设计：重复观察测量.单位：中山大学附属第一医院口腔科与放射科,华南理工大学交通学院固体力学系,光华口腔医学院修复科.材料：实验于2003-11/2004-12在华南理工大学交通学院应用力学系完成.选取离体的形态正常的人右下颌第一磨牙6颗,东芝Xpress/SX螺旋CT机,图像合成软件和有限元分析软件ANSYS.方法：从6颗离体的形态正常的人右下颌第一磨牙中,选取密合度最好且形态接近临床要求的1颗进行根管治疗,制作制锁式的带桩嵌体修复体.利用螺旋CT分别对修复前牙体、修复后戴入主根管的带桩嵌体的残冠、戴入二带桩制锁式嵌体的残冠进行断层扫描.通过图像合成软件建立残缺牙体、金属部分的三维数字模型,二者黏结形成修复后的整个牙体模型.为了更好的模拟天然牙在实际中的边界条件,将牙槽骨考虑在内.利用ANSYS软件中的Mesh命令,直接对模型进行智能网格划分.主要观察指标：修复前剩余牙体、修复后带桩嵌体、修复后的牙槽骨和牙体的三维有限元模型的建立与网格划分结果.结果：通过计算机建立了修复前剩余牙体、修复后带桩嵌体、牙槽骨和牙体的三维有限元模型,并进行网格自动划分,共有117 720个单元,20 988个节点,建成后的三维有限元模型与实体组织具有良好的几何相似性.结论：螺旋CT断层扫描技术与三维有限元法相结合,可以建立复杂的牙模型,且能真实地模拟实际情况,使用性好.     

TM种植体骨界面应力分布的有限元分析

背景:种植体形态是决定种植体骨界面应力分布的重要因素之一。探讨顺应人体正常颌骨解剖形态的TM种植体骨界面的应力分布特征对临床医生选择和设计种植体有指导意义。目的:观察集中荷载作用下TM种植体及其周围骨组织应力分布的特征。方法:通过逆向工程技术,将二维下颌骨CT图片转化为三维实体模型,并建立3种包含不同锥度的TM种植体真实下颌骨B/2类骨质的有限元模型,利用有限元技术研究两种加载方式下TM种植体骨界面应力分布特征。结果与结论:垂直加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨承受较小的应力;斜向加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨和松质骨承受较大的应力;种植体颈部,密质骨上缘与种植体接触处和种植体底部松质骨出现明显应力集中现象,斜向荷载下种植体骨界面的应力分布显著高于垂直荷载下的应力分布。从1/2长度开始变化的TM种植体骨界面在垂直荷载下表现出较好的应力分布特征。     

TM种植体骨界面应力分布的有限元分析

背景：种植体形态是决定种植体骨界面应力分布的重要因素之一。探讨顺应人体正常颌骨解削形态的TM种植体骨界面的应力分布特征对临床医生选择和设计种植体有指导意义。目的：观察集中荷载作用下TM种植体及其周围骨组织应力分布的特征。方法：通过逆向工程技术,将二维下颌骨CT图片转化为三维实体模型,并建立3种包含不同锥度的TM种植体真实下颌骨B/2类骨质的有限元模型,利用有限元技术研究两种加载方式下TM种植体骨界面应力分布特征。结果与结论：垂直加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨承受较小的应力;斜向加载时,对于锥度较大的TM种植体周边密质骨和松质骨承受较大的应力;种植体颈部,密质骨上缘与种植体接触处和种植体底部松质骨出现明显应力集中现象,斜向荷载下种植体骨界面的应力分布显著高于垂直荷载下的应力分布。从1/2长度开始变化的TM种植体骨界面在垂直荷载下表现出较好的应力分布特征。     

三维有限元法分析带桩嵌体修复下颌第一磨牙残冠的等效应力分布

目的：对垂直静态载荷下模拟天然牙齿与镍铬合金、金钯合金带桩嵌体的等效应力云图进行比较，应用三维有限元法分析带桩嵌体修复下颌磨牙残冠的的等效应力分布。方法：实验于2003-11／2004-12在华南理工大学交通学院应用力学系完成。从6颗离体的形态正常的人右下颌第一磨牙中，选取密合度最好且形态接近临床要求的1颗，应用螺旋CT断层扫描技术和图像合成软件，建立模拟的下颌第一磨牙和带桩嵌体修复的下颌第一磨牙残冠的三维有限元模型。在垂直向加载的情况下，应用三维有限元分析软件分别对天然牙、镍铬合金、金钯合金带桩嵌体修复牙的应力进行分析。结果：从6颗右下颌第一磨牙中选取1颗建立三维有限元模型。①等效应力云图显示，在垂直向加载的情况下，镍铬合金、金钯合金带桩嵌体修复后剩余牙体的各个部位的应力均比模拟天然牙小，应力比较集中在远中牙颈周围，尤其是在牙根内侧，并且颊侧比舌侧受到的等效应力稍大。②将修复后的牙冠及剩余牙体的最大应力进行比较，在100N的垂直荷载下，用合金带桩嵌体修复技术修复牙体的受力情况比完整牙体效果好，且镍铬合金比金钯合金优越一些。结论：垂直向静态载荷下，合金带桩嵌体使修复后的下颌第一磨牙残冠等效应力降低，但等效应力相对集中于远中牙颈，尤其是牙根内侧的颊侧处，且镍铬合金比金钯合金优越一些。提示对固位形比较差的牙体缺损应通过全冠修复或带桩嵌体修复的形式予以治疗。     

种植体周围炎与种植体形态关系的三维有限元分析

目的探讨种植体周围炎与种植体形态的关系。方法建立种植体与天然牙的三维有限元模型,并施加垂直、水平及倾斜45°共3种方向的100 N力量,采用ANSYS workbench软件获取种植体及不同天然牙的三维有限元分析结果。结果在分别承受100 N的垂直方向、水平方向的力量时,种植体对骨松质所产生的最大应力均大于天然牙,而种植体本身的最大应力值也远大于天然牙。当种植体承受来自斜45°方向的100 N力量时,周围组织产生的最大应力值介于垂直方向与水平方向之间,而对种植体本身产生的应力为3个方向中最大的。结论单纯从形态角度而言,螺纹种植体在承受各个方向的力量时,其对骨松质造成损害的可能性均大于天然牙,因此种植体比天然牙更容易引起种植体周围炎,最终导致种植失败。     

三维有限元分析不同生物力作用的上颌第一前磨牙

背景：应用有限元分析法对微种植钉支抗的生物力学研究较少见,而有限元模型的准确性与否是决定了有限元分析结果的重要因素。目的：建立上颌第一前磨牙的三维有限元模型,并分析不同角度生物力作用于上颌第一前磨牙的移动特点。方法：利用牙科CT扫描上颌第一前磨牙获得数据,通过Mimics软件实现CT图像与三维模型的转换,根据DICOM数据建模法建立三维有限元模型,模拟在不同角度微种植钉支抗施力下进行生物力学实验,分析上颌第一前磨牙的位移情况。结果与结论：应用此方法获得上颌第一前磨牙的三维有限元模型的方法简便、精确,能最大程度的真实模拟生物力学实验,上颌第一前磨牙在微种植钉支抗作用下,产生远中倾斜移动、远中舌向旋转和压低运动的复合运动趋势。     

上颌后牙区倾斜种植的三维有限元分析

背景：上颌后牙区种植时往往存在骨量不足的情况,采用骨增量技术时有时候因为手术创伤或者费用等原因,患者不愿意接受。为此有学者提出倾斜种植技术,但该技术尚未得到大家认可,缺乏相关科学依据。目的：观察上颌后牙区种植体连接不同角度基台时种植体周围骨质的应变情况,分析种植体的安全系数,验证上颌后牙区倾斜种植的可行性。方法：通过建立三维模型,利用有限元软件分析种植体连接不同角度的角度基台时,在相同的力量加载下,观察种植体的安全系数,观察种植体及周围骨质的应力应变情况。结果与结论：种植体连接不同角度基台时,随着基台角度的增大,种植体周围骨质的最大应变值增加明显,种植体的安全系数逐渐减小。建议上颌后牙区不要采用倾斜种植技术。     

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。     

三维有限元分析钢板内固定治疗跟骨骨折

背景：有多种钢板治疗跟骨骨折,但究竟哪种效果更好,目前尚无定论. 目的：在跟骨骨折三维有限元模型上模拟加载3种类型的钢板,观察比较应力、应变及移位等生物力学性能. 方法：在踝关节中立位和背伸20°位建立跟骨骨折三维有限元模型,分别模拟使用跟骨Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型3种形状钢板对骨折进行固定,加载后计算内固定物自身的应力分布、骨骼的应力分布及骨折块间的移位程度. 结果与结论：①两种体位骨折模型3种固定方式下的钢板应力分布都不均匀,钢板前部应力水平均高于后部,Ⅰ型钢板的应力分布相对比较均匀.②两种体位骨折模型3种固定方式下跟骨的应力最大值均在跟骨前部,而正常跟骨最大应力值在跟结节处,Ⅰ型钢板固定跟骨骨折后骨骼的最大应力值均小于Ⅱ型、Ⅲ型钢板.③两种体位骨折模型3种固定方式下均发生了骨折块间的位移,其位移趋势是一致的.结果显示,与Ⅱ型、Ⅲ型钢板固定相比较,跟骨Ⅰ型钢板固定后所承受应力更小,且应力分布更均匀,较符合生物力学原理.     

传动直丝弓矫治器三维有限元模型的建立

背景：随着现代矫治技术的发展, 发明一种高效的矫治器,一直是正畸学者们的研究热点。传动直丝弓矫治器就是在这种大环境下应运而生,能快速打开咬合和缩短疗程,但前对主弓丝后段宽度与后倾弯角度之间的关系的研究均不深入。目的：建立生物相似性和力学相似性较高的传动直丝弓矫治器的三维有限元模型,获得弓丝后段宽度和后倾弯大小之间的关系。方法：使用 64 排螺旋 CT 扫描,得到 1 例安氏Ⅱ类 1 分类的志愿者上颌牙列、上颌骨截面的 DICOM 格式的影像数据。采用 Ansys workbench 13.0 软件、Mimics 10.01 软件、Unigraphics NX 6.0 软件、GeomagicStudio8.0 软件相结合的方法,在 Windows XP Service Pack 3 系统中建立包括传动直丝弓矫治器、带环、澳丝、上颌骨、上颌牙齿及牙周膜的三维有限元模型。结果与结论：实验建立了由 250 929 个单元数,657 766 个节点组成的传动直丝弓矫治器的三维有限元模型,不仅具有高度的几何相似性和力学相似性,具有依据研究需要添加或删减组件,利于分析传动直丝弓矫治力学体系并指导临床应用和矫治器改良。     

高度吸收的上颌窦区种植体生物力学分析

背景：目前有限元法广泛应用于骨科生物力学分析,评价指标主要包括Max von Mises 应力和应力的传递和分布概况.但由于体内的复杂生物力学环境和个体化差异明显,很难由具体的案例得出解决临床相关的方法.目的：分析高度吸收上颌窦区种植体的生物力学分布状况.方法：应用Simplant建立了一个位于上颌第二磨牙位置的5.5 mm×11.0 mm植入体模型;Abaqus有限元软件分别分析了在正咬合和反咬合关系条件下,在0°,30°,45°,60°,90°负载300 N的同等加载下,其上颌窦区域的应力分布情况,并作了比较.结果与结论：在反咬合关系下,上颌骨内的应力集中均匀分布在牙植体颈部与皮质骨的交界处,在0°,30°,45°,60°,90°负载300 N的同等加载下,Max von Mises分别是23.43,52.97,61.18,66.15,70.53 MPa.在正咬合关系下,上颌骨内的应力集中不仅分布在牙植体颈部与皮质骨的交界处,而且出现了第二应力集中区,Max von Mises分别是38.64,71.22,71.62,77.65,73.21 MPa,较反咬合平均高出50%左右.实验有限元分析结果表明,高度吸收上颌窦区采用反咬合设计方法更好.     

三维有限元法分析修复体应力变化的应用及前景*

背景：利用三维有限元法的变分原理和加权技术,可将具有复杂形态结构的人类牙齿模型化,有利于了解动态过程中牙体硬组织和修复体的应力分布。目的：综合分析近年来口腔领域的国内外学者对修复体生物力学的三维有限元研究状况,特别是金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填对牙体应力变化的影响。方法：由第一作者应用计算机检索1993年4月至2012年9月PubMed数据库及2001至2008年中文期刊全文数据库、维普数据库有关三维有限元法分析金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填方式对牙体应力变化影响的文章,英文检索词为”porcelain-fused-to-metal, finite element method, stress analysis, root canal”,中文检索词为“烤瓷熔附金属全冠,三维有限元法,应力分析,根管”。排除重复性研究及Meta分析,共保留40篇文献进行综合分析。结果与结论：三维有限元法在口腔医学中对建立高真实度和精确度的模型有着重要的意义,因此对牙体的根管治疗和治疗后修复提供了有效的生物力学信息。有关牙体与修复体在应对咀嚼作用时的应力分布在不断地探索与研究。文章总结了口腔领域国内外学者利用有限元法分析桩核冠修复体的应力变化,为将来进一步的研究提供了参考和借鉴。结果显示,三维有限元法能够建立具有非线性,各向异性等生物力学特征的三维有限元模型,能够逐渐完善其从静态分析到动态分析的转变,以真正达到精确模拟口腔生物学形态及牙齿咀嚼功能的目的。     

三维有限元法分析修复体应力变化的应用及前景

背景：利用三维有限元法的变分原理和加权技术,可将具有复杂形态结构的人类牙齿模型化,有利于了解动态过程中牙体硬组织和修复体的应力分布。目的：综合分析近年来口腔领域的国内外学者对修复体生物力学的三维有限元研究状况,特别是金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填对牙体应力变化的影响。方法：由第一作者应用计算机检索1993年4月至2012年9月PubMed数据库及2001至2008年中文期刊全文数据库、维普数据库有关三维有限元法分析金属基底冠、瓷层厚度、根管预备及充填方式对牙体应力变化影响的文章,英文检索词为”porcelain-fused-to-metal, finite element method, stress analysis, root canal”,中文检索词为“烤瓷熔附金属全冠,三维有限元法,应力分析,根管”。排除重复性研究及Meta分析,共保留40篇文献进行综合分析。结果与结论：三维有限元法在口腔医学中对建立高真实度和精确度的模型有着重要的意义,因此对牙体的根管治疗和治疗后修复提供了有效的生物力学信息。有关牙体与修复体在应对咀嚼作用时的应力分布在不断地探索与研究。文章总结了口腔领域国内外学者利用有限元法分析桩核冠修复体的应力变化,为将来进一步的研究提供了参考和借鉴。结果显示,三维有限元法能够建立具有非线性,各向异性等生物力学特征的三维有限元模型,能够逐渐完善其从静态分析到动态分析的转变,以真正达到精确模拟口腔生物学形态及牙齿咀嚼功能的目的。     

金合金桩核冠修复下颌第一磨牙两壁缺损的三维有限元分析

背景：牙本质缺损的位置可能会影响牙根应力分布。 目的：对金合金桩核全瓷冠修复的根管治疗后两壁缺损下颌第一磨牙进行三维有限元应力分析,为临床治疗方案的选择提供理论指导。 方法：通过牙科CT扫描,提取数据,MINCIS软件进行三维重建,GEOMAGIC转换曲面,ANSYS布尔运算建立下颌第一磨牙两壁缺损金合金桩核全瓷冠修复6种模型。在4种载荷下,分别比较牙本质Mohr应力分布及牙本质最大Mohr值。 结果与结论：下颌第一磨牙6种缺损模型在金合金桩核全瓷冠修复时,牙根应力分布及最大应力差异无显著性意义。结果证实,金合金桩核全瓷冠修复时,下颌第一磨牙牙冠两壁缺损时,牙壁缺损的位置对修复效果无明显影响。