矯治力作用下牙頜正畸的彈粘塑性有限元分析.pdf

1、口腔正畸治療是正畸醫(yī)生利用特定矯治裝置，對患者的牙齒、頜骨等組織器官施加特定大小和方向的力，以達到在生理范圍內(nèi)定向移動牙齒、和/或影響頜骨生長之目的，從而矯正患者的牙頜面畸形的一種治療方法。在正畸治療中，正確地理解矯治力的傳遞，以及相應的牙、牙周膜、頜骨等組織受力后的生物力學效應，是正畸醫(yī)師合理設計矯治力系統(tǒng)、進行有效正畸治療的前提和基礎，也是治療成敗的關鍵。正畸醫(yī)師對患者的牙齒、頜骨等組織器官施加矯治力以達到治療目的是利用各種專門裝置

2、來實現(xiàn)的。本文選取了兩種正畸治療系統(tǒng)進行研究，包括微螺釘種植體支抗(以下簡稱“微植體支抗”，Micro-Implant Anchorage，MIA)系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)。
　　 微螺釘種植體支抗系統(tǒng)是將生物相容性良好的純鈦材料制成形狀不同的螺釘，再根據(jù)需要植入頜骨的不同部位，以得到正畸治療。而以Forsus為代表的固定式功能矯治器則以體積小、彈力持久均勻、矯治力易于控制、安裝簡便和整體療程較短等優(yōu)點，受到了正畸醫(yī)師的廣泛

3、關注，代表了功能矯形治療發(fā)展的趨勢。
　　 數(shù)值仿真分析是口腔生物力學研究的主要手段之一，已廣泛應用于生物力學的研究。采用數(shù)值分析方法對微植體支抗系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)進行仿真分析，利于分析不同前導工況下的力學效應及矯治器的改良，并促進該矯治技術在臨床的進一步使用。
　　 論文在充分調研微植體支抗和forsus矯治技術運用的基礎上，討論了骨的彈粘塑性效應，采用UMAT編制彈粘塑性本構模型。緊密結合臨床原型，利用CT

4、掃描技術和有限元軟件，建立了“微植體支抗-牙-上頜骨”和“Forsus-牙列-上下頜骨-顳下頜關節(jié)”三維模型。采用數(shù)值分析方法研究了微植體植入上頜骨后骨的動力學響應過程，揭示了在正畸力作用下上頜骨的應力場和變形場特別是塑性變形的時效過程，研究了Forsus對于下頜前導在不同工況下牙列、頜骨、顳下頜關節(jié)的應力場和應變場演化，以及Forsus反作用力推上頜第一磨牙向遠中的力學效應，為微螺釘種植體支抗系統(tǒng)和Forsus矯治器系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供

5、理論依據(jù)和指導。論文的主要工作和結論如下：
　　 ①回顧了正畸生物力學的研究現(xiàn)狀，對有限元方法在口腔正畸數(shù)值模擬中的應用做了綜述，重點考察了微植體支抗和Forsus矯治器技術在口腔正畸中的應用及研究。
　　 ②利用彈性元件、粘性元件和塑性元件的組合來構建骨的彈粘塑性本構關系。特別是在正畸矯治力作用下，骨具有時效特性的彈粘塑性本構模型。
　　 ③利用CT掃描技術、Mimics醫(yī)學成像軟件及ABAQUS軟件，提出了計

6、及上頜骨的彈粘塑性性質的建模方法，成功建立了逼真的微植體支抗一牙一上頜骨和三維整體模型，極大地提高了模型的幾何相似性，探索了快速構建牙頜組織三維有限元模型的新方法。在充分考慮了微植體、牙、頜骨的時空變化特性的基礎上，重點考察骨的時效特性，探討微植體、牙、上頜骨隨矯治時間變化的生物力學過程。
　　 ④基于各向同性、非線性、彈粘塑性的“Forsus-牙列-上下頜骨-顳下頜關節(jié)”模型，利用有限元方法研究Forsus導下頜向前不同工況下