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研究目的在正畸治疗中,矫治力是牙齿移动的始动因素。矫治力引起牙周膜的形变使牙齿产生瞬时位移,并通过牙周膜传导至牙槽骨使牙槽骨发生改建,产生牙齿持续移动。充分掌握牙周膜的生物力学性质是研究正畸牙移动、理解牙周组织响应和制定正畸治疗计划的关键。本研究利用了动态力学分析的优势,在宏观角度对人切牙牙周膜在交变应力下的力学响应进行了初步研究。旨在探究牙周膜的粘弹性特征,讨论人牙周膜力学性质的影响因素,为建立完善的人牙周膜本构模型奠定实验基础,为模拟正畸牙移动的有限元模拟提供实验依据。研究方法第一部分,人牙周膜动态拉伸实验:从3名健康男性上颌骨取上颌中切牙和侧切牙,切割成垂直于牙长轴的牙槽骨-牙周膜-牙切片,将切片修整为8mm×4mm×2mm的矩形条状样本(n=14),将切片按照不同层面分为根颈部组和根中部组。将样本固定在动态力学分析仪的夹具上,选择了1Hz的预加载,之后对每个样本加载5个特定的频率(0.5Hz,1Hz,2Hz,5Hz,10Hz)的动态载荷,加载时间15分钟,加载的最大力值为3N,最大应变为0.2,获得储能模量、损耗模量和损耗角正切,使用多因素方差分析(MANOVA)检验不同频率、年龄、牙位、层面对牙周膜粘弹性性质的影响。P<0.05认为该影响因素导致的差异具有统计学意义。第二部分,人牙周膜动态压缩实验:从3名健康男性上颌骨取上颌中切牙和侧切牙的牙根颈部1/3切割成垂直于牙长轴的切片,将切片修整为2×2×2mm的牙槽骨-牙周膜-牙立方体小块(n=10),将样本按照牙位分组。压缩实验采用0.05-5Hz的加载频率(0.05Hz,0.1 Hz,0.2 Hz,0.5 Hz,1 Hz,2 Hz,5Hz),加载时间15分钟,振幅为样本原始长度的2%,最大应变为样本原始长度的8%,获得储能模量、损耗模量和损耗角正切,使用多因素方差分析(MANOVA)检验不同频率、年龄和牙位对牙周膜粘弹性性质的影响。P<0.05认为该影响因素导致的差异具有统计学意义。研究结果1.动态拉伸实验结果显示,人牙周膜储能模量为0.808MPa-7.274MPa,损耗模量为0.087MPa-0.891MPa,损耗角正切为0.1416-0.1494。储能模量和损耗模量均与频率呈指数函数关系。在0.5Hz-2Hz的区间内增幅最为显著。加载频率为0.5Hz时,储能模量和损耗模量的平均值分别为2.89MPa和0.27MPa;加载频率为2Hz时,储能模量和损耗模量的平均值分别为3.14MPa和0.42MPa。在5Hz-10Hz的频率范围内,储能模量和损耗模量较为稳定。损耗角正切与频率无明显相关性,对应的相位角范围是8.1°-8.5°。根中部的储能模量和损耗模量与根颈部的牙周膜样本具有明显差异(P<0.05),根颈部具有较小的动态模量。中切牙的储能模量和损耗模量大于侧切牙(P<0.05)。2.人牙周膜动态压缩实验结果显示,人牙周膜储能模量为37.20MPa-655.98MPa,损耗模量为8.01MPa-117.73MPa,损耗角正切为0.1315-0.4258。储能模量和损耗角正切与频率呈对数函数关系。在0.05-0.5Hz范围内,储能模量与损耗模量均随着频率的增加而增加,在0.5Hz-5Hz之间储能模量继续随着频率而增大,但损耗模量趋于平稳。因此二者之比损耗角正切与频率呈负相关(P<0.05)。研究发现中切牙的储能模量和损耗模量大于侧切牙(P<0.05)。中切牙牙周膜的平均储能模量和损耗模量分别为223.00MPa和90.94MPa。侧切牙牙周膜的平均储能模量和损耗模量分别为52.95MPa和19.92MPa。结论1.人切牙牙周膜具有粘弹性,弹性成分是牙周膜响应外力的主要部分。2.加载频率、牙位、牙根层面、年龄因素会影响人切牙牙周膜的动态模量大小。3.动态压缩实验中的牙周膜动态模量和损耗角正切均大于动态拉伸实验,表明在压缩载荷下牙周膜表现出更显著的粘性特征和更强的刚度。