上颌骨微植体支抗正畸矫治力系统数值分析研究

摘要

微螺钉种植体支抗系统(MIA)近年来在口腔正畸治疗中得到了广泛的应用，它与骨组织良好结合，可承受正畸治疗的反作用力。该系统植入简单，在种植后可即刻受力，对传统的正畸治疗产生了革命性的影响，受到了正畸医师的广泛关注。 论文在充分调研微植体支抗技术的运用基础上，紧密结合临床原型，利用CT扫描技术和有限元软件，建立了微植体支抗-牙-上颌骨三维模型，研究了微植体植入上颌骨后骨的动力学响应过程，揭示了在正畸力作用下上颌骨的应力场和变形场的演化，为微植体的优化提供关键的科学依据。论文的主要研究工作和相关结论如下： ①回顾了正畸生物力学的研究现状，对有限元方法在口腔正畸数值模拟中的应用做了综述，重点考察了微植体支抗技术在口腔正畸中的应用及研究。 ②利用CT扫描技术、Mimics医学成像软件及ABAQUS软件，提出了一种新的建模方法，成功建立了逼真的微植体支抗-牙-上颌骨三维整体模型，极大地提高了模型的几何相似性，探索了快速构建牙颌组织三维有限元模型的新方法。 ③利用弹性元件、粘性元件和塑性元件的组合来构建骨的粘弹塑性本构关系，建立了具有生物力学特性的上颌骨微植体支抗及骨的三维有限元模型。数值分析了在矫治力作用下微植体和骨的应力和变形演化过程。分析表明，由于骨的粘弹塑性，在正畸矫治力作用下，骨会产生具有时效特性的弹塑性变形。骨内的应力水平和塑性变形会随着时间发生一定程度的变化，应力水平有所降低，塑性变形有所增加。在临床上偶有微植体脱落现象发生，这与微植体周围组织应力分布密切相关，而应力分布又与微植体构形、骨组织界面结合形式等因素相关。因此，微植体本身的几何构形、骨的生物力学属性以及微植体和骨组织的接触形式是提高微植体临床矫治技术的关键因素。 ④基于上述计算结果，结合以往临床经验，进行微植体临床治疗验证，遴选微植体支抗的优化应用方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2生物力学研究方法

1.3 口腔生物力学中的有限元

1.3.1牙颌组织三维空间信息获取方法

1.3.2牙颌组织三维有限元方法及研究进展

1.3.3牙颌组织三维有限元发展趋势

1.4本文研究内容及创新点

1.4.1本文研究内容

1.4.2本文创新点

2考虑时效特性的骨的粘弹塑性本构模型

2.1变形固体一般模型

2.2粘弹塑性本构关系

2.2.1粘弹塑性材料的屈服准则

2.2.2粘弹塑性本构表达

2.2.3无屈服面粘弹塑性理论

2.3骨的粘弹塑性本构模型

2.3.1理论模型

2.3.2骨的粘弹塑性本构模型参数决定

3上颌骨微植体支抗有限元模型

3.1利用三维重建技术建立有限元模型

3.1.1三维重建的数据处理流程

3.1.2 Mimics软件介绍

3.1.3 RapidForm软件介绍

3.2骨-微植体支抗有限元模型

3.2.1骨-微植体支抗模型几何参数

3.2.2骨-微植体支抗模型载荷及边条

3.2.3骨-微植体支抗模型材料参数

3.3微植体支抗-牙-上颌骨整体模型

3.3.1微植体支抗-牙-上颌骨模型前处理

3.3.2微植体支抗-牙-上颌骨模型材料参数

3.3.3微植体支抗-牙-上颌骨模型载荷及边条

3.3.4微植体支抗-牙-上颌骨模型网格划分

4考虑时效特性的上颌骨动力学响应数值分析

4.1骨-微植体支抗模型数值模拟结果与分析

4.1.1骨-微植体支抗模型应力结果与分析

4.1.2骨-微植体支抗模型应变结果与分析

4.1.3骨-微植体支抗模型等效塑性应变结果与分析

4.2微植体支抗-牙-上颌骨模型数值模拟结果与分析

4.2.1微植体支抗-牙-上颌骨模型应力结果与分析

4.2.2微植体支抗-牙-上颌骨模型应变结果与分析

4.2.3微植体支抗-牙-上颌骨模型等效塑性应变结果与分析

5总结与展望

5.1本研究的工作总结

5.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附 录