不同牙槽高度的下前牙压低时应力分布的有限元分析

摘要

目的：为了阐明下前牙压入时，不同牙槽高度(水平均衡吸收及水平不均衡吸收)对其牙周应力分布的影响，本研究借助有限元分析法对不同牙槽嵴高度的下颌侧切牙模型在压低时牙周应力分布情况进行分析，为牙槽骨高度降低的患者正畸治疗提供临床参考。 方法： 1、利用16层螺旋CT扫描、数字影像传输与转录的方法获得下颌侧切牙三维的原始数据，在SolidWorks建模软件的环境下，建立了正常牙槽高度下颌侧切牙的三维有限元模型(模型1：包括牙体、牙周膜、松质骨、皮质骨等)。模型建立时所涉及的生物材料假定为均质、连续和各向同性，牙周膜厚度设定为均匀的0.25mm，皮质骨厚度设定为均匀的1.Omm。 2、在已建立的下颌侧切牙有限元模型的基础上，依次减少牙周支持组织的高度，生成6个不同牙槽高度下颌侧切牙的三维有限元模型(模型2～7)。 3、在下颌侧切牙有限元模型的临床冠唇侧中心点，加载1N的冠根向垂直载荷(与y轴相反方向)。采用ALGOR软件进行求解，计算正常及异常牙槽高度的下颌侧切牙及其牙周支持组织模型(模型1～7)的应力分布。 4、利用ALGOR软件在后处理中计算分析其他6个不同牙周支持高度的下颌侧切牙模型(模型2～7)在不同力值情况下产生与正常模型(模型1)相似的牙周膜应力分布。 5、在牙体切缘上近远中中点处、唇侧根尖中点处，各取一点为S1、S2，另设定根尖舌侧面中点相对应的牙周膜处为S3，，牙体上的点S1和S2分别表示1N载荷下模型牙体切缘及根尖处的位移量；牙周膜上的点S3代表1N载荷下模型该处产生的Von Mises应力值。 结果： 1、下颌侧切牙经过Siemens sensation 16层CT扫描机进行扫描(电压120kv，电流120mas)后，共获得35张层距为1.0 mill JPG格式的二维扫描断层图像。 2、正常下颌侧切牙及牙周支持组织三维有限元模型(模型l)节点数为7658个，单元数为10852个，牙体全长19.98 innl、冠长8.07mm、根长11.91mm、冠宽5.76 mm、颈宽3.72 mm、冠厚5.75 mm、颈厚5.31 mm。 3、在已建立的正常下颌侧切牙有限元模型的基础上，依次减少牙周支持组织的高度，生成6个不同牙槽高度下颌侧切牙的三维有限元模型分别为：水平均衡吸收组模型2．唇舌侧均吸收lmm，模型3．唇舌侧均吸收2.5mm，模型4．唇舌侧均吸收5mm。水平不均衡吸收组模型5.唇侧未吸收舌侧吸收lmm，模型6．唇侧吸收lmm舌侧吸收2.5mm，模型7．唇侧吸收2.5mm舌侧吸收5mm。 4、在1N的冠根垂直向载荷下，正常下颌侧切牙有限元模型皮质骨出现的应力值最大，牙根表面出现的应力值次之，松质骨再次之，牙周膜最小，模型最大应力值出现在唇侧牙颈部皮质骨区，为0.1767～0.1993N／mm<'2>。牙周膜上应力集中的部位在根尖部，牙周膜应力0.0068～0.0072 N／mm<'2>5、随着牙周支持组织高度的降低及牙周膜面积的减少，在大小和方向不变的垂直向合力的(与Y轴相反方向)作用力下，下颌侧切牙牙周膜等效应力呈非线性增大，水平均衡吸收组中，牙周膜最大应力值出现在模型4，为0.0140 N／mm<'2>，较正常时增大了94％，呈跳跃性增加；水平不均衡吸收组中，牙周膜最大应力值出现在模型7，为0.0140N／mm<'2>，较正常时增大了94％，增加呈非线性关系。 6、在同一载荷作用下(1N)，S1和S2在六个牙槽高度降低的模型中(模型2～7)，三维方向上的位移均有所增加。其中，水平均衡吸收组增加的幅度要高于水平不均衡吸收组7、利用ALGOR软件在后处理中计算分析其他6个不同牙周支持高度的下颌侧切牙模型(模型2～7)在不同力值情况下产生与正常模型(模型1)相似的牙周膜应力分布。模型2在0.9N冠根垂直向载荷下；模型3在0.8N冠根垂直向载荷下；模型4在0.5N冠根垂直向载荷下；模型5在0.95N冠根垂直向载荷下；模型6在0.75N冠根垂直向载荷下；模型7在0.65N冠根垂直向载荷下，与模型1在1N冠根垂直向载荷下，牙周膜主要应力分布(95％)相似。 结论： 1、在本实验的下颌前牙模型中，当唇侧临床冠中心点加载1N垂直向载荷时，牙体作倾斜移动，最大应力出现在牙齿唇侧颈部皮质骨。 2、下前牙压入时，随着牙周支持组织高度的降低，其牙周膜应力非线性增大。当牙周支持组织高度降低2.5～5mm(占根长的21％～42％)时，牙周膜最大应力值有显著增加，当牙周支持组织高度降低5mm(占根长的42％)时，牙周膜所受的应力提高了近一倍。 3、下前牙压入时，随着牙周支持组织高度的降低，初始位移的距离增加，下颌侧切牙阻抗中心的位置向根方降低。提示：临床矫治牙槽骨吸收过多的患者时，应考虑降低临床冠高度，改善冠根比，使阻抗中心的位置得以调整。 4、下颌侧切牙以垂直向合力的(与y轴相反方向)作用力压入时，牙周支持组织高度下降1mm(占根长的8％)，压入的力值应较正常时要降低10％～15％，牙周支持组织高度下降lmm～2.5mm(占根长的8％,～21％)，压入的力值应为正常时力值的60％～70％。当牙周支持组织高度下降2.5mm～5mm(占根长的21％～42％)，压入的力值应较正常时降低50％甚至更低。 5、牙周支持组织水平不均衡吸收时，牙周膜应力分布较均衡吸收的更加不均匀，随着这种不均衡吸收双侧差距越大，牙周膜应力的不均匀分布表现越明显，而且承受较大应力分布的区域集中于尚未吸收的唇侧区域。

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摘要

前言

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

致谢

牙颌组织三维有限元模型的建立