转矩力作用下颌切牙及其支持组织的三维有限元分析

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所属分类:正畸常识

[摘要] 目的:了解Begg细丝弓技术第三期上颌切牙及其支持组织在控根辅弓产 生的舌向转矩力作用下的应力分布和牙体运动趋势。方法:采用三维有限 元法,计算和分析四个水平截面的主应力值和上颌切牙的位移。结果:上 颌中、侧切牙的应力分布基本相同;上颌中、侧切牙及其支持组织的应力分布不均匀,牙根 部受应力最大,牙槽骨次之,牙周膜最小。牙颈部是应力主要集中区;牙体的运 动趋势表现为牙根舌向移动、牙根远中倾斜和牙冠伸长的复合运动趋势。结论:该结果为临床上使用控根辅弓提供了参考。
[关键词] 切牙;支持组织; 正畸牙移动; 有限元法

控根移动是Begg细丝弓技术中非常重要的步骤,在舌向转矩力的作用下,上切牙及其支持组 织的应力分布状况和牙体运动趋势如何,国内外对此的研究甚少。本研究采用 三维有限元方法,探讨在舌向转矩力的作用下,上切牙及支持组织的应力分布状况和牙体运 动趋势,为临床上掌握和使用控根弓提供生物力学依据。

材料和方法

一、上颌中、侧牙及其支持组织的有限元模型的建立。
选用标准形态离体的上颌中 、 侧切牙, 用 “片磨法” 构筑成包括牙齿 、 牙周膜 、 皮质骨、 松质骨的三维有限元模型。牙体的解剖形态参照王惠芸[1]有关牙体测量 数据。牙周膜厚度为 0.2mm。
牙槽骨的形态及尺寸以正常牙给人的上颌骨模型为标准, 四个切牙的切端与Bonwill- Hawlley理想弓形预成图[2]的前端吻合。
牙齿、牙周膜、皮质骨、松质骨的弹性模量和泊松比均选自有关文献(表1 )[3]。
所建三维有限元模型采用8个节点6面体单元,共包括1768个单元,1935个节点。

表1 牙齿、牙周支持组织的弹性模量及泊松比
材料弹性模量(kg/mm2)泊松比牙齿2.07×1030.3皮质骨2.37×1030.3松质骨8.00×1030.3牙周膜7.030.45二、加载和运算。
本研究选择的舌向控根辅弓的上颌中、 侧切牙曲突长度分别为 7.5mm、6.6mm,每个曲突 产生的转矩力均为45g[4]。在上颌中、侧牙颈部唇面中点,距切端分别为11.5 mm和10.1mm处,均垂直加载45g力。在Pentium586/90微机上,用Super-SAP91有限元程序完 成所有计算过程,获取四个截面(颈缘截面,距根尖2/3截面,距根尖1/3截面,根尖截面) 的主应力值和三个方向(X轴为近、远中向、Y轴为唇舌向、Z轴为 冠根向)的位移。

结 果

一、上颌中、侧切牙牙根、牙周膜及牙槽骨在四个截面的最大、最小主应力值(见表2、3) 。

表2 上颌中切牙牙根、牙周模及牙槽骨的主应力值(g/mm2)

截面牙根牙周膜牙槽骨 最大最小最大最小最大最小颈缘截面18.49-24.461.53-2.2117. 10-20.54根尖2/3截面0.51-0.640.10-0.120.48-0.45根尖1/3截面0.25-0.190.08-0.110.47-0.38根尖截面1.06-0.89-0.001-0.0080.45-0.33

表3 上颌侧切牙牙根、牙周模及牙槽骨的主应力值(g/mm2)

截面牙根牙周膜牙槽骨 最大最小最大最小最大最小颈缘截面18.80-24.601.67-2.3315. 50-17.59根尖2/3截面0.74-0.990.14-0.100.66-0.79根尖1/3截面0.24-0.240.13-0.100.60-0.79根尖截面0.77-1.09-0.001-0.0080.54-0.95

二、上颌中、侧切牙在三个方向的最大、最小位移及部位(见表4、5)。

表4 上颌中切牙的位移和部位

 XYZ数值部位数值部位数值部位最大1.6×10-6 牙颈唇面2.9 ×10-5牙颈唇面3.3×10-6舌面 最小-1×10-7远中切缘2 .2×10-6切缘-3×10-6托槽龈方

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