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假体重建板固位设计的生物力学评价
目的:对传统重建板固位方式进行生物力学评价,探索下颌骨假体的合理固位方式.方法:选择1例华东地区正常成年男性,建立基于CT图像数据文件的下颌骨三维有限元模型,计算机模拟半侧下颌骨缺损,设计重建板固位方式的下颌骨假体修复,分析4种工况下固位结构的应力分布特征.采用SAS 6.12软件进行t检验及方差分析.结果:4种工况条件下,重建板固位结构应力基本呈等强度分布(F=2.87,P＞0.05);4枚固位钛钉周围骨组织所承受的大应力值无统计学差异(F=0.8,P＞0.05),但显著低于正常松质骨的佳应力值(t=-44.9773,P=0.0001).结论:重建板固位方式应力分布基本合理,但不利于周围骨组织的改建.
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单侧完全性唇腭裂植骨患者上颌前牵引矫治的有限元分析
目的:探讨唇腭裂患者牙槽突裂植骨前、后上颌骨前牵引的生物力学变化特点,研究植骨前、后以及植骨区吸收时前牵引对唇腭裂颅上颌复合体的影响,为临床上应用前牵引治疗唇腭裂患者上颌发育不足提供理论依据.方法:采用三维有限元方法,在已建立的唇腭裂上颌复合体有限元模型中模拟植骨及植骨吸收,利用Ansys12.0软件,分别对各个模型在双侧上颌尖牙牙槽骨处施加与(牙合)平面呈30°的牵引力,大小为每侧5N(约500g),模拟临床上的上颌前牵引,分析其生物力学变化情况.结果:相同加载条件下,植骨前患侧的水平位移显著大于健侧,且患侧与健侧骨缝的应力分布不均匀.植骨后,患侧与健侧的位移差值减小,患侧与健侧骨缝的应力分布趋于更均匀.在所观察的骨缝中,应力大值出现在翼腭缝,其次为颧颞缝、颧颌缝和颧额缝.结论:植骨前对上颌骨进行前牵引,裂隙有扩大化趋势:植骨有利于上颌前牵引矫治力分布更均匀,健、患侧位移变化趋于接近;且植骨不吸收时,上颌前牵引效果佳.在模拟植骨发生吸收的几种情况中,植骨区上方发生吸收的上颌前牵引效果比植骨区下方发生吸收的前牵引效果差.
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应用有限元法预测正颌术后三维软组织形变的初步探讨
目的:基于锥形束CT(CBCT)资料建立有限元模型,预测正颌术后三维软组织形变,探讨该方法的可行性与准确性.方法:选取下颌前突患者2例,于术前行颅颌面CBCT扫描,导入Mimics10.01软件,进行软、硬组织三维重建.采用Geomagic Studio11软件进行模型处理,并按实际情况进行手术模拟截骨,导入有限元分析软件Ansys Workbench 11.0,建立线弹性有限元模型,加载位移后,经分析得出术后软组织三维模样,将其与术后6个月及以上的软组织三维重建图像对比,并进行定性及定量评价.结果:2例患者CBCT资料顺利进行有限元建模及预测,临床定性评价显示2例患者预测结果总体观察相似度高,但在口周及颊部相似度欠佳:Geomagic Qualify11定量检测显示,病例1误差小于2mm的区域为94.98％,病例2误差小于2mm的区域为90.71％.结论:采用线弹性有限元模型预测下颌前突正颌术后的软组织形态是可行的,可为临床提供较为可靠的参考.
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假体双延伸肩台拉力螺钉固位设计的生物力学评价
目的:对双延伸肩台拉力螺钉固位方式进行生物力学评价,探索合理的下颌骨假体固位方式.方法:选择1例华东地区正常成年男性,建立基于CT图像数据文件的下颌骨三维有限元模型,计算机模拟半侧下颌骨缺损,设计双延伸肩台拉力螺钉固位方式的下颌骨假体修复,分析4种工况条件下固位方式的应力分布特征.采用SAS 6.12软件包进行t检验及方差分析.结果:4种工况条件下,双延伸肩台拉力螺钉固位结构应力完全呈等强度分布(P=0.2997),平均受力值远低于钛材的许应力值;固位结构周围骨组织所承受的应力分布合理(P=0.9377),与正常松质骨佳应力值间无统计学差异(P=0.7083).结论:下颌骨假体双延伸肩台拉力螺钉固位方式应力分布合理,且有利于周围骨组织的改建.
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唇腭裂上颌前段牵张成骨的三维有限元分析
目的:应用有限元方法获得唇腭裂患者牙槽突裂植骨区不同骨吸收情况下颅上颌复合体对上颌前段牵张成骨的生物力学特性,为临床应用上颌前段牵张成骨纠正唇腭裂继发上颌发育不足提供理论依据.方法:采用三维有限元法.建立单侧完全性唇腭裂患者颅上颌复合体模型,模拟上颌骨前段截骨、牙槽突裂植骨及骨吸收,选取双侧第一前磨牙牙颈部节点加载位移6 mm、0.5 mm,分别用于位移规律和应力分布分析.结果:植骨不吸收时,健、患侧矢状前移和上颌骨前段逆时针旋转运动对称性、牙弓形态横向稳定性、植骨区两端高度一致性、骨缝应力分布均匀性佳;植骨吸收部位越接近下方、吸收量越多时,健、患侧不对称前移、牙弓变形、植骨区台阶越明显.结论:植骨吸收部位越接近下方、吸收量越多时,上颌前段牵张成骨效果越差.
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下颌全口义齿有限元建模方法的研究
目的 制作可显影的下颌全口义齿,为建立下颌全口义齿有限元模型奠定基础.方法 通过预实验确定选用的显影剂的种类和添加的比例,添加50%重量比的硫酸钡粉于普通热凝树脂材料中可制作出可显影的下颌全口义齿.结果 采用这种方法制作的下颌全口义齿的有限元实体模型几何相似性强,模型精度高.结论 在普通热凝树脂材料加入适当比例硫酸钡可以用于制作可显影的全口义齿,能完全满足有限元建模的需要.
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两种支抗种植体连接方式的比较
目的比较支抗种植体连接在上颌第二双尖牙和连接在上颌第一恒磨牙两种连接方式加强磨牙支抗能力的差异.方法利用建成的腭部种植支抗的三维有限元模型,分别在支抗种植体连接在上颌第二双尖牙、连接在上颌第一恒磨牙两种连接方式下,计算出上颌第一恒磨牙各方向的位移、种植体的位移以及种植体骨界面的应力,并进行统计分析.结果种植体连接在第一恒磨牙上更有利于控制支抗牙近中移动和垂直伸长;连接在第二双尖牙上对第一恒磨牙的腭向移动控制更好.两种连接方式下,支抗种植体均显示出良好的稳定性.结论就保护磨牙支抗来说,种植体连接在上颌第一恒磨牙较之连接在上颌第二双尖牙更加合适.
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下颌骨剩余牙槽嵴生物力学模型的实验建模
目的 建立下颌骨剩余牙槽嵴的生物力学模型.方法 选用典型病例1例,应用MIMICS 8.0软件建立下颌骨剩余牙槽嵴的生物力学模型.结果 模型与SCT三维重建几何相似性好,并可以转化CAD和有限元模型.结论 通过MIMICS软件,可以建立外形逼真,图像还原好,能够从力学上代表实物的下颌骨剩余牙槽嵴的生物力学模型.
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舌侧正畸上颌第一磨牙牙根及牙周组织的应力分析
目的 采用有限元的方法研究舌侧矫治过程中上颌第一磨牙牙根、牙周膜、牙槽骨应力分布的特点.方法 应用三维激光扫描的方法建立上颌第一磨牙、牙周膜、牙槽骨及矫治器的有限元模型,进行不同方式的加载并观察牙根、牙周膜、牙槽骨及其各个截面的应力分布.结果 舌侧矫治上颌第一磨牙的大Vonmises应力、大拉应力、大压应力基本都是牙根＞牙周膜＞牙槽骨,当牙齿趋于整体移动时,牙根、牙周膜、牙槽骨都处于均匀的低应力分布,各项应力都要小于倾斜移动,旋转移动.牙根、牙周膜、牙槽骨的各项应力基本都是牙颈部平面或根分叉平面＞根上1/3平面＞根中1/3平面＞根下1/3平面.结论 舌侧矫治过程中上颌第一磨牙及牙周组织在牙颈部平面或根分叉平面应力大,临床上应注意观察这些部位的变化.整体移动更有利于牙齿及牙周组织的健康.
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横腭杆加强支抗作用的三维有限元研究
目的 研究横腭杆在支抗牙受到不同方向作用力情况下,加强支抗的作用.方法 建立横腭杆以及支抗牙的有限元模型(模型1).在3种不同方向作用力的情况下,计算支抗牙的牙周膜的应力,并与没有横腭杆加强支抗有限元模型(模型2)的牙周膜应力作比较.结果 在近中向力和垂直向力作用下,横腭杆没有降低支抗牙牙周膜的应力.模型1和2相比,应力差异低于1%;在水平腭向力作用下,横腭杆显著降低牙周膜的应力.模型1和2相比,应力减低了约10%.结论 横腭杆只对水平腭向力有支抗作用,而对近中向力和垂直向力无支抗作用.
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下颌前伸时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究
目的 探讨下颌前伸运动时颞下颌关节内的应力分布情况.方法 利用可视化人体图像建立包括上下牙列、下颌骨、颞下颌关节在内的三维有限元模型,在Patran中采用位移加载的方法模拟下颌前伸运动至对刃位,在Marc中计算并分析接触情况和应力分布特性.结果 关节盘随髁突向前、下运动,髁突的前斜面首先与关节盘中间带中央部发生接触,随后髁突的外斜面与关节盘的中间带外侧部、关节窝的顶部与关节盘的后带发生接触.关节盘的中间带外侧部(3.10 Mpa)和髁突的前斜面(5.05Mpa)等部位的应力值较大.结论 在前伸运动时,应力集中区位于关节盘的中间带外侧部和髁突的前斜面.
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牙尖交错位紧咬时颞下颌关节接触特征及应力分布的三维有限元研究
目的 研究正常人牙尖交错位紧咬时颞下颌关节的接触特征及应力分布情况.方法 建立颞下颌关节三维有限元模型,在Marc软件中定义髁突、关节盘和关节窝三者间的接触关系,运用接触模式,采用自动探测的方法求解有限元分析软件.结果 牙尖交错位紧咬时,关节盘后带与双板区的交界处和髁突的后斜面首先发生接触,随后髁突的顶部、内侧面与关节盘的后带,髁突的前斜面与关节盘的中间带也发生接触.同一矢状面上Von Mises应力平均值的大小依次为:髁突＞关节盘腹面＞关节盘背面＞关节窝.结论 Marc所提供的接触分析模块能较为真实地反映牙尖交错位紧咬时颞下颌关节的接触特征;颞下颌关节各结构通过相互接触及关节盘的缓冲使应力分散和传递,反映颞下颌关节各解剖结构与生理功能之间具有良好的适应性.
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不同洞型嵌体有限元模型的建立及应力分布初步探讨
目的建立不同近中-(牙合)面-远中(MOD)洞型嵌体修复上颌前磨牙的计算机三维实体和有限元模型并进行初步应力分析.方法利用片切技术获得牙体原始图片数据,通过三维造型软件Rhino(犀牛)建立嵌体修复的上颌前磨牙三维实体模型,并导入有限元前处理软件Patran中,生成有限元模型.结果建立起包含牙釉质、本质、髓腔以及牙周膜的精细上颌前磨牙三维有限元模型;牙本质应力随嵌体窝洞宽度增大而增大,高嵌体可以改善牙体内部应力集中.结论利用片切技术可以获得较为清晰的断面扫描图片,有助于区分牙体的精细结构;三维造型软件Rhino可以直接读入二维轮廓信息,提高了建模的精度和效率,并且界面友好,易于口腔医师的掌握.
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利用中国数字化可视人体图像建立牙齿及牙列的三维实体和有限元模型
目的建立牙齿及牙列的三维实体和有限元模型.方法以中国数字化可视人体图像为建模数据,运用逆向工程技术,在UG/Imageware平台上进行牙齿和牙列的三维实体造型,并导入Patran中,建立有限元模型.结果建立了牙齿及牙列的三维实体模型和有限元模型.结论利用中国数字化可视人体图像能建立更为准确的牙齿和牙列有限元生物力学模型.
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有限元分析在牙体充填修复中的应用
近年来,以有限元为代表的数值分析方法的发展,为口腔疾病治疗方法的评价以及修复用材料的研究、开发和应用提供了力学基础.该文从洞型制备、充填材料及牙髓活力对应力分布的影响3个方面,对三维有限元法在牙体修复中的应用情况作一综述.
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正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节无单元-有限元耦合法二维生物力学分析
目的 用无单元-有限元耦合法模拟分析正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节生物力学分布特征.方法 采用位移加载方式,应用ANSYS8.0对建立的正常颞下颌关节有限元模型进行分析,用自行编制的耦合程序对建立的正常颞下颌关节无单元-有限元耦合模型进行分析,比较两者的应力分析结果.结果 有限元模型和耦合模型应力分析结果具有较高的相似性,反映的颞下颌关节应力分布特点基本相同,但耦合模型对关节盘的应力分析更精细.结论 无单元-有限元耦合法是一种有效的数值模拟方法,在生物力学研究中有推广应用前景.
关键词： 颞下颌关节 生物力学 无单元-有限元耦合法 无单元法 有限元法 -
牙在牵引成骨区内移动的三维有限元分析
目的 建立牙在下颌牵引成骨区内移动的三维有限元模型,比较在不同时间点上移动牙时牵引成骨区内应力的分布情况.方法 利用多层螺旋CT扫描获得下颌骨及牙列的原始数据,采用CAD软件,建立三维有限元模型.在不同的骨愈合时期,模拟移动牙齿,利用Abqus软件对此模型进行三维有限元应力分析.结果 建立了能模拟牙齿在下颌牵引成骨区内移动的三维有限元模型.在各个骨愈合的时期,成骨区对牙移动产生的应力反应没有显著差异,但在早期,牙齿将发生较大的倾斜.结论 在牵引成骨完成后,早期移动牙齿时宜使用轻力.
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下颌第一磨牙种植修复体的三维实体和有限元模型的建立
目的建立下颌磨牙种植修复体的三维实体和有限元模型,为种植体周围骨的应力分析研究提供模型支持.方法利用CT薄层扫描技术和UG软件的实体建模技术,结合PATRAN有限元分析软件建立不同设计方式种植修复下颌第一磨牙的三维实体和有限元模型.结果快捷、精确地在计算机上建立了单种植体和双种植体方式修复下颌第一磨牙的三维实体和有限元模型,建立的模型可进行准确的力学分析.结论采用CT扫描,辅助UG建模技术,结合Patran软件建立含种植体的牙颌模型,可提高模型的仿真性和建模的高效性.
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带有咬合关系的颞下颌关节三维实体和有限元模型的建立
目的建立带有上下牙列咬合关系在内的颞下颌关节三维实体和有限元模型.方法采用中国可视人体图像数据,在Imageware中提取上颌骨和上牙列的轮廓线,在UG中建立三维实体模型,并与原有的下颌模型建立咬合关系,再导入Patran中建立有限元模型.结果建立了一个完整的带有咬合关系的颞下颌关节三维实体和有限元模型,用于模拟前伸、侧方等不同咬合状态.结论带有咬合关系的颞下颌关节三维有限元模型具有更好的生物力学相似性.
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单枚外固定支架螺钉的三维有限元模型的初步建立及应用
目的 建立单枚外固定支架螺钉钻入胫骨干的三维有限元模型.方法 运用Pro/E,Geomagic Studio工程软件,Ansys Work-bench13建立胫骨三维皮质螺钉装配体的有限元模型,并施加轴向载荷观察结果.结果 胫骨干生成1217个体网格,螺钉生成270个体网格,应力云图显示螺钉的大应力位于螺钉与皮质骨接触处,形变明显的位置处于螺钉尾部.试验中通过对螺钉加载不同载荷,测量分析,得出螺钉大应力及螺钉总变形量与轴向载荷呈正相关(线性关系).结论 三维胫骨螺钉装配体有限元为后期的不同材质螺钉,不同负荷螺钉与胫骨皮质应力的定量分析研究提供依据,从而为筛选出适宜的外固定支架螺钉材质实现手拧自攻螺钉创造条件.
