上颌前牙高强纤维束带牙周夹板固定后应力的三维有限元研究

摘要

牙周病是多种因素引起的牙周组织破坏性疾病。菌斑、炎症、创伤等因素使牙周组织遭到破坏，牙齿逐渐松动移位，患者感到咀嚼能力下降。随着病情的发展，松动的牙齿多自行脱落或被拔除。将一些松动牙和周围相对健康的牙连接固定后，可恢复咀嚼功能，分散咬合力，减轻单个牙齿牙周组织的负荷，减少食物嵌塞，使患牙得到生理性休息，利于牙周炎症的控制和已破坏的牙周组织愈合。因此，松动牙齿固定是牙周病修复治疗的必要措施。在控制炎症的基础上，通过高强纤维束带牙周夹板将松动牙连结固定在一起，形成新的咀嚼单位，临床研究发现可有效防止牙齿移位，限制牙齿动度，进而提高咬合力。 本课题采用有限元分析的方法评价了这种牙周夹板的治疗作用，为临床应用提供了理论依据。 目的： 本研究通过FreeForm、Mimics等逆向工程软件建立带牙列上颌骨及高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型，分析在不同牙周支持条件下应用高强纤维束带后牙周膜内应力分布的变化规律，拟为不同牙周状况下合理选用牙周夹板提供参考依据。 材料和方法： 第一部分建立牙周正常条件下高强纤维束带牙周夹板固定的上颌前牙及牙槽骨的三维有限元模型 1．建模原始数据的来源本实验数据取自一牙列完整，牙弓形态对称，咬合关系正常的头颅标本，应用CT断层扫描得到带牙列上颌骨的轮廓，利用WINDOWS自带的画图软件对图像处理后，输入Mimics10．01进行三维模型重建。 2．有限元模型的建立将建立的正常成人包括上颌321|123及牙槽骨的三维有限元模型导入Freeform6．0中，调整正常牙槽骨支持高度和构建几何面，并在模型上构建出高强纤维束带牙周夹板的三维几何模型，最后以IGES格式导入有限元软件Ansys10．0，网格划分后形成牙周正常的高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型，模型包括上颌前牙、牙周膜和牙槽骨，并带有高强纤维束带牙周夹板，验证模型的有效性，为高强纤维束带牙周夹板的三维有限元分析提供有效平台。 3．设置条件和边界约束模型中牙周膜、牙齿和牙槽骨假设为连续、均质和各向同性的线弹性材料；对牙槽骨颊舌表面和底面及前牙颊舌面各节点进行三向平移及旋转约束。 4．验证模型加载从舌侧斜向唇侧，与牙体长轴呈45°集中作用于牙冠舌侧切1/3中央。加载力大小模拟我国正常成人上颌前牙最大牙合力均数一半量加载，即切牙50N，尖牙80N。 第二部分不同牙槽骨高度下高强纤维束带牙周夹板的三维有限元分析 1．采用实验一建立的牙周正常条件下高强纤维束带牙周夹板固定的上颌前牙及牙槽骨的三维有限元模型，分别建立不同牙周骨质吸收状态下的三维有限元模型，分析随着牙槽骨的不断吸收，应用高强纤维束带牙周夹板后牙周膜内的应力分布。 2．实验假设和约束条件同实验一。 3．观察指标不同牙槽骨高度下高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型加载后牙根及牙周膜的第一主应力（S1）、Von-Mises（Seqv）应力的分布，根据云纹图记录的应力数值为实验结果。 结果: 1．建立了牙周正常条件下带牙列上颌骨及高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型，建成后共生成113437个单元，186869个结点的四面体单元。 2．精细调整后分别模拟建立了牙槽骨降低1/3和2/3时的三维有限元模型，并进行加载分析。 3．最大Von Mises应力变化模型应用牙周夹板后，除尖牙外，大部分牙齿牙周膜内应力有所降低，随着牙槽骨吸收增加，应力值也逐渐增加。固定前后应力分布无显著变化，牙周膜颈部应力集中处由中切牙、侧切牙转移到尖牙。第一主应力变化：牙周固定前后，压应力集中出现在唇侧区，拉应力集中出现在舌侧区，分布无明显变化。最大压应力值尖牙增加，中切牙、侧切牙降低；最大拉应力侧切牙降低，中切牙、尖牙增加。 4．牙周夹板固定后牙周膜内最大Von Mises应力表现为：①牙槽骨正常：A2>A3>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A1>A2；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大压应力表现为：①牙槽骨正常：A2>A3>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A2>A1；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大拉应力表现为：①牙槽骨正常：A3>A2>A1；②牙槽骨吸收1/3：A3>A1>A2；③牙槽骨吸收2/3：A3>A1>A2。最大压应力值变化：牙周固定后，牙周膜的最大压应力值中切牙和侧切牙均有下降，尖牙稍有增加。 5．相同牙槽骨吸收情况下应用牙周夹板前后牙周膜的应力变化比较 5．1牙槽骨正常时，最大Von Mises应力值变化：应用高强纤维束带牙周固定后，牙周膜的最大Von Mises应力值由44305Pa降低到36775Pa。最大拉应力值变化：除侧切牙外，其余牙齿的拉应力明显增加。最大拉应力值变化：除侧切牙外，其余牙齿的拉应力明显增加。 5．2牙槽骨吸收1/3时，最大Von Mises应力值的变化，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。应用牙周夹板后牙周膜的最大Von Mises应力值由57797Pa升至到61629Pa，主要是尖牙和中切牙的应力值增加，侧切牙降低明显。最大压应力值变化为，牙周固定前：A3>A2>A1；牙周固定后：A3>A2>A1。除尖牙外，其余牙齿的压应力明显降低。最大拉应力值变化为，牙周固定前：A3>A2>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。牙周固定后，侧切牙牙周膜的最大拉应力值下降幅度明显，中切牙和尖牙增加。 5．3牙槽骨吸收2/3时，最大Von Mises应力值变化为，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。应用牙周固定后，牙周膜的最大Von Mises应力值由202088Pa降低到160858Pa，尖牙应力值继续增加，其余牙降幅继续增大，侧切牙下降更明显。最大压应力值变化为，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。除尖牙外，其余牙齿的压应力明显降低。最大拉应力值变化为，牙周固定前：A2>A3>A1；牙周固定后：A3>A1>A2。侧切牙牙周膜的最大拉应力值下降，中切牙和尖牙稍有增加。 结论: 1．利用FreeForm、Mimics等逆向工程软件可建立了真实高强纤维束带牙周夹板固定的上颌前牙及不同牙槽骨吸收状态下的三维模型，模型形状逼真，具有较好的几何相似性，与临床实际情况接近，不但可以任意旋转和放缩，并以多种方式观察。 2．本研究得出的牙周膜应力分布云图中可以看到，应力值由牙根颈部至根尖部逐渐降低，呈现明显的梯度变化。尖牙加载后出现更多应力集中，增幅随着牙槽骨的不断降低而变大。牙周夹板固定后，尖牙所承受的应力成非线性的增加，负担不断加重。尖牙牙根在全口牙列中最长，牙周膜面积居于前牙之首，牙周膜的耐受力也较切牙大。反之侧切牙牙根长度及牙周膜面积位于前牙最小，临床中侧切牙也最易因牙周炎症导致牙槽骨破坏，牙齿松动。经过牙周固定后，侧切牙的应力明显降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一部分 上颌前牙高强纤维束带牙周夹板的三维有限元模型的建立

1.材料和方法

2 结果

3 讨论

4 结论

第二部分 不同牙槽骨高度下高强纤维束带牙周夹板的三维有限元分析

1 材料和方法

2 结果

3 讨论

4 结论

参考文献

综述 牙周夹板用于牙周病松动牙的临床及有限元研究进展

成果

致谢

统计学证明