个性化舌侧矫治器前牙不同预置转矩内收效能的三维有限元分析

来源 :陆军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_shijiwu
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目的:  分析个性化舌侧托槽预置不同转矩整体内收前牙时,上颌中切牙的初始位移变化以及牙周膜应力分布情况,并探讨不同矫治力加载方式、不同尺寸的弓丝对其影响,为个性化舌侧矫治在临床工作中,针对拔牙内收需要改善前牙转矩的病例,提供生物力学参考依据。  方法:  1、个性化舌侧矫治整体内收上颌前牙的三维有限元模型的构建  选择一名个别正常牙合的女性志愿者,通过CBCT扫描技术获取牙齿、颌骨的三维数据,将其数据作为建模素材。利用Mimics 15.0、Claytools 2014、Geomagic Studio 2013、Pro/Engineer5.0、Ansys Workbench 15.0等软件,建立了上颌骨、上颌牙齿、牙周膜、不同预置转矩(0°、+4°、+7°、+10°、+13°)的个性化舌侧托槽、不同尺寸(0.016英寸×0.022英寸、0.017英寸×0.025英寸、0.018英寸×0.025英寸)的不锈钢弓丝、微种植体、舌侧牵引延长臂的三维有限元模型,并对其进行网格划分、接触关系设置、材料属性设定等优化处理。  2、不同预置转矩、矫治力加载方式和弓丝尺寸对上中切牙位移的影响  当加载内收力为1.5N,模拟个性化舌侧托槽在预置不同转矩下,采用不同矫治力加载方式、不同尺寸的弓丝进行微种植体支抗整体内收时,分析上颌中切牙的初始位移情况。根据不同的预置转矩、不同的矫治力加载方式、不同尺寸的弓丝将研究分为两组,共计30种工况。  其中1、2、3分别代表0.016英寸×0.022英寸的弓丝、0.017英寸×0.025英寸的弓丝、0.018英寸×0.025英寸的弓丝。A、B、C、D、E分别代表与预置转矩度数为0°、+4°、+7°、+10°、+13°。  第一组:当矫治力加载在舌侧牵引延长臂(lever-arm),通过微种植体支抗整体内收上颌前牙。  1Ale:0.016英寸×0.022英寸的弓丝+预置0°转矩;1Ble;1Cle;1Dle;1Ele。  2Ale:0.017英寸×0.025英寸的弓丝+预置0°转矩;2Ble;2Cle;2Dle;2Ele。  3Ale:0.018英寸×0.025英寸的弓丝+预置0°转矩;3Ble;3Cle;3Dle;3Ele。  第二组:当矫治力加载在尖牙托槽牵引钩(hook),通过微种植体支抗整体内收上颌前牙。  1Aho:0.016英寸×0.022英寸的弓丝+预置0°转矩;1Bho;1Cho;1Dho;1Eho。  2Aho:0.017英寸×0.025英寸的弓丝+预置0°转矩;2Bho;2Cho;2Dho;2Eho。  3Aho:0.018英寸×0.025英寸的弓丝+预置0°转矩;3Bho;3Cho;3Dho;3Eho。  3、不同预置转矩、矫治力加载方式和弓丝尺寸对上中切牙牙周膜应力的影响  当加载内收力为1.5N,模拟个性化舌侧托槽在预置不同转矩下,采用不同矫治力加载方式、不同尺寸的弓丝进行微种植体支抗整体内收时,分析上颌中切牙的牙周膜应力分布情况。共计30种工况,分组同研究二。  结果:  1、个性化舌侧矫治整体内收上颌前牙的三维有限元模型的构建  建立包含上颌骨、上颌牙齿、牙周膜、不锈钢弓丝、舌侧托槽、微种植体、舌侧牵引延长臂的个性化舌侧矫治内收上颌前牙的三维有限元模型。模型共计44个实体。  2、不同预置转矩、矫治力加载方式和弓丝尺寸对上中切牙位移的影响  第一组:当力加载在舌侧牵引延长臂,通过微种植体支抗整体内收上颌前牙。  1Ale、1Ble、1Cle组;2Ale、2Ble组;3Ale、3Ble组,牙冠舌向移动,牙根唇向移动,提示中切牙表现为舌倾移动趋势。1Dle、1Ele组;2Cle、2Dle、2Ele组;3Cle、3Dle、3Ele组,牙根舌向移动,牙冠唇向移动,提示中切牙表现为冠唇向移动趋势。  第二组:当力加载在尖牙托槽牵引钩,通过微种植体支抗整体内收上颌前牙。  1Aho、1Bho、1Cho、1Dho组;2Aho、2Bho、2Cho组;3Aho、3Bho、3Cho组,牙冠舌向移动,牙根唇向移动,提示中切牙表现为舌倾移动趋势。1Eho组;2Dho、2Eho组;3Dho、3Eho组,牙根舌向移动,牙冠唇向移动,提示中切牙表现为冠唇向移动趋势。  两种矫治力加载方式中,当中切牙表现为舌倾移动时,加载在舌侧牵引延长臂的切端-根尖位移差值都比尖牙托槽牵引钩小;当中切牙表现为唇向内收移动时,加载在舌侧牵引延长臂的切端值比尖牙托槽牵引钩大。  三种不同尺寸的弓丝中,当预置转矩为低转矩,同时使中切牙舌倾时,切端-根尖位移差的移动量由大到小:0.016 英寸×0.022 英寸组>0.017 英寸×0.025 英寸组>0.018英寸×0.025英寸组;当预置转矩为高转矩,同时能使中切牙达到唇倾内收移动时,切端位移量和根尖位移量由大到小均为:0.018英寸×0.025英寸组>0.017英寸× 0.025英寸组>0.016英寸×0.022英寸组。  3、不同预置转矩、矫治力加载方式和弓丝尺寸对上中切牙牙周膜应力的影响  第一组:1Ale、1Ble、1Cle组;2Ale、2Ble组;3Ale、3Ble组,中切牙牙周膜的压应力集中在唇侧根部、腭侧颈部;拉应力集中在唇侧颈部、腭侧根部。1Dle、1Ele组;2Cle、2Dle、2Ele 组;3Cle、3Dle、3Ele 组,中切牙牙周膜的压应力集中在唇侧颈部、腭侧根部;拉应力集中在唇侧根部、腭侧颈部。  第二组:1Aho、1Bho、1Cho、1Dho组;2Aho、2Bho、2Cho组;3Aho、3Bho、3Cho组,中切牙牙周膜的压应力集中在唇侧根部、腭侧颈部;拉应力集中在唇侧颈部、腭侧根部。1Eho组;2Dho、2Eho组;3Dho、3Eho组,中切牙牙周膜的压应力集中在唇侧颈部、腭侧根部;拉应力集中在唇侧根部、腭侧颈部。  其中 1Ele、2Ele、3Ele、1Eho、2Eho、3Eho 组,超过了牙周膜可以承受的最大应力值2.6×10-2Mpa,其余组均小于2.6×10-2Mpa。  中切牙产生舌倾的分组中,矫治力加载在尖牙托槽牵引钩的牙周膜应力值大于舌侧牵引延长臂。中切牙产生冠唇向移动的分组中,矫治力加载在舌侧牵引延长臂的牙周膜应力值大于尖牙托槽牵引钩。当预置+10°、+13°转矩时,产生最大的牙周膜应力值的弓丝是0.018英寸×0.025英寸;当预置0°、+4°、+7°转矩时,产生最大的牙周膜应力值的弓丝是0.016英寸×0.022英寸。  结论:  1.本研究建立的个性化舌侧矫治内收上颌前牙的三维有限元模型具有较强的几何相似性和力学相似性,满足了后续的实验分析。  2.随着预置转矩度数的增加,中切牙舌倾趋势逐渐变弱,而后产生冠唇向移动的趋势。  3.不同矫治力加载内收的方式中,力加载在舌侧牵引延长臂对前牙控制转矩的效果优于尖牙托槽牵引钩。  4.弓丝尺寸越大,对中切牙产生的转矩力越大。  5.中切牙产生冠唇向移动时,牙周膜最大应力主要集中在唇侧根部和腭侧颈部。使中切牙产生舌倾趋势时,牙周膜最大应力主要集中在唇侧颈部和腭侧根部。无论使用何种加载方式、何种弓丝内收,预置+13°转矩时均超过了牙周膜最大应力值 2.6× 10-2Mpa。  6.针对个性化舌侧矫治中需要改善前牙转矩丢失的病例,建议在舌侧托槽中预置+7°、+10°转矩,通过舌侧牵引延长臂在 0.017 英寸×0.025 英寸的不锈钢方丝下,进行微种植体支抗整体内收,可对上颌中切牙达到安全、有效的转矩控制。
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