目的:通过建立颅上颌复合体及三种快速扩弓联合前方牵引装置的三维有限元模型,分析比较在三种快速扩弓联合前方牵引装置作用下,颌骨及牙齿的位移趋势及应力分布,为临床治疗提供参考。方法:以一个12岁上颌发育不足的男性患者为研究对象,对其进行螺旋CT扫描,获得扫描数据后,使用Mimics软件进行初步建模,再用Geomagic Studio2014软件进行模型优化,并生成牙列及牙周膜的模型,在Unigraphics NX 12软件中建立Hyrax联合牙性前方牵引装置、骨支持式扩弓器(maxillary skeletal expander,MSE)联合牙性前方牵引装置、MSE联合骨性前方牵引装置的三维有限元模型,并与颅上颌复合体进行组装,导入Ansys workbench19.2软件中,最终建立三个包含颅上颌复合体及快速扩弓联合前方牵引装置的三维有限元模型。对扩弓螺旋器施加0.25 mm的横向位移并于装置牵引位点施加大小为500 g/侧的牵引力,力的方向与咬合平面呈30°向下,分析三种快速扩弓联合前方牵引装置作用下的颌骨及牙齿的位移趋势及应力分布。结果:三种装置作用下的颌骨及骨缝的应力分布、颌骨的位移趋势相似,但两种MSE联合前方牵引装置作用下的颌骨横向位移量为Hyrax联合前方牵引装置位移量的2.7倍,矢状向的位移量为Hyrax联合前方牵引装置的2.6倍,并且颌骨所受应力值远大于Hyrax联合前方牵引装置;三个模型的牙齿位移趋势相似,但两种MSE联合前方牵引装置作用下的牙齿位移量更大。Hyrax联合前方牵引装置作用下第一前磨牙受应力最大,而两种MSE联合前方牵引装置作用下第一磨牙受应力最大。MSE联合骨性前方牵引装置对于磨牙仍有作用力。结论:(1)在相同的快速扩弓与前方牵引力作用下,两种MSE联合前方牵引装置引起的颌骨位移量大于Hyrax联合前方牵引装置,对于需要大的颌骨移动量及错过生长发育的患者可选择骨性快速扩弓前方牵引装置。(2)尽管MSE联合骨性前方牵引装置的扩弓力与前方牵引力都直接作用于骨,但这种装置对上颌第一磨牙仍有应力作用,其作用效果并不完全是骨效应。并且当前方牵引力作用于扩弓螺旋器时,对于扩弓力有削弱作用,MSE联合骨性前方牵引装置仍有待改进。