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上颌骨微植体支抗过程的时效特性数值模拟
微植体支抗系统(MIA)在口腔正畸治疗中应用较多,由于骨的粘弹塑性性质,在微植体正畸力作用下会产生具有时效特性的弹塑性变形.本文基于骨的粘弹塑性性质建立了上颌骨微植体支抗-骨界面的三维有限元模型,骨由皮质骨和松质骨构成,数值模拟了骨在微植体正畸力作用下的时效特性.观察加载后骨界面的应力分布,发现微植体颈部应力比较集中,周围皮质骨中的应力相对较高,骨内产生了具有时效特性的弹塑性变形.
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不锈钢微植体支抗稳定性的动物实验研究
目的 评估不锈钢微植体支抗即刻负载的稳定性.方法 选用8只本地成年雄性犬,每只犬任选一侧上领骨和对侧下颌骨各植入一枚不锈钢和钛合金微植体.同颌两对应微植体间即刻加载200g的力.4周和12周时各随机处死2只实验犬,制作不锈钢微植体硬组织切片进行组织学研究.4周和12周时各随机处死2只实验犬,取带不锈钢微植体的骨组织块,检测种植体-骨界面剪切力.结果 所有不锈钢微植体均没有松动、脱落.不锈钢微植体与周围组织有良好的生物相容性,种植体周围有纤维组织和骨组织共同包绕.12周组不锈钢微植体骨结合率及剪切力均大于4周组不锈钢微植体.结论 即刻负载下,不锈钢微植体支抗的愈合形式是纤维骨性结合.但其可正常行使功能而保持稳定,而且随着时间延长,其稳定性亦随着增加.
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微植体锥度对即刻加载时界面应力分布影响的三维有限元分析
利用Pro/E和MIMICS等软什建立颌骨和不同锥度微植体的三维实体模型,然后导入有限元计算软件ABAQUS并建立微植体与颌骨即刻加载的有限元模型,模拟临床上即刻加载时颌骨的应力分布,观察微植体的锥度对界面应力的影响.随着锥度的增加,微植体颈部界面处颌骨上的应力逐渐减小,而在皮质骨和骨松质交界上方区域则应力有递增趋势.结果显示在即刻加载的情况下,建议临床选择有锥度的微植体作为口腔正畸支抗,但锥度不宜过大.
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摩擦系数和过盈量对微植体即刻加载时界面应力的影响
目的:建立微植体与牙槽骨即刻加载的有限元模型,模拟临床上即刻加载时颌骨的应力分布,探讨微植体与牙槽骨间的摩擦系数大小和过盈量对界面应力的影响.方法:利用Pro/E和MIMICS等软件建立微植体和牙槽骨的三维实体模型,然后导人有限元计算软件ABAQUS并建立微植体与牙槽骨即刻加载的有限元模型:①在同一个模型上,设置摩擦系数从0开始,依次递增0.1,一直增加到0.5,对这6种不同情况下界面处应力分布进行比较分析.②在同一个模型上分别设置6个不同的过盈量(即0.002,0.004,0.006,0.008,0.010,0.012 mm),通过计算得到这6种情况下界面处大拉、压应力值,然后进行分析.结果:①无摩擦状态时微植体与牙槽骨界面Von-mises应力大,随着摩擦系数的增大,各点应力均有不同程度的降低,特别是在骨皮质的位置,应力下降比较明显.但是当摩擦系数增大到一定程度(μ=0.3)之后,Von-Mises应力变化均在1%以下.②通过把不同过盈量时所产生的大拉、压应力和下颌骨的大载荷极限做对比,所建立的微植体模型大过盈量为0.010 mm.结论:在即刻加载的情况下,增大界面处的摩擦系数能使应力分布有减小的趋势,但一味的想依靠增大表面摩擦系数来减小界面应力的方法是不可取的;计算得到的大过盈量0.01 mm并不理想,通过比较分析得到,对于不同的模型,可能没有一个统一的过盈量设计,应该充分考虑模型接触界面处的特性,利用界面终的初始应力与骨的破坏强度相当的理论,通过尝试和比较,终确定合适的过盈量,从而更准确的模拟植入的初应力状态,建立符合实际情况的有限元计算模型.
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颧下嵴区微植体不同高度支抗远移上牙列位移的生物力学分析
背景:在口腔正畸中,颧下嵴区微植体支抗可避免损伤牙根,又可实现上牙列无阻碍的整体移动,然而其远移上牙列在其牙体本身和牙槽骨应力和应变将会产生何种改变,国内外鲜有报道.目的:建立颧下嵴区微植体不同高度支抗远移上牙列的三维有限元模型,并进行生物力学分析.方法:获取1名正畸科就诊的女性患者锥形束CT数据,以Dicom格式保存后导入Mimics16.01软件,通过自动和手动选择边界,将右上颌骨及牙齿三维重建,再利用Geomagic 8.0软件删除噪点和光滑处理,导入Mimics16.01软件,通过其3 Matics软件进行面/体网格划分,利用ProE5.0软件建立上颌牙托槽、弓丝及牵引钩和种植体的三维模型,并与上颌及牙三维模型一同导入 ANSYS13.0软件,行装配和应力应变分析.结果与结论:①成功建立了颧下嵴区微植体支抗远移上牙列三维有限元模型,此模型符合解剖学形态;②随着牵引钩高度的增高(1,4,7,10 mm),上颌牙列垂直方向应力逐渐增加,而与水平分力的变化无关;③随着牵引钩高度的增高,矢状轴上中切牙、尖牙和第一磨牙牙冠中点的应变逐渐降低;中切牙、尖牙的牙根应变逐渐降低,第一磨牙牙根应变无变化.随着牵引钩高度的增高,垂直轴上中切牙牙冠中点与牙根的应变逐渐增大;尖牙牙冠中点的应变逐渐增加,牙根应变逐渐减小;第一磨牙牙冠中点的应变变化不明显,牙根应变逐渐减小.牙列由顺时针旋转变为逆时针旋转;④结果表明,颧下嵴区微植体不同高度支抗远移上牙列三维有限元模型与真实解剖结构一致,能够作为研究颧下嵴区微植体支抗远移上牙列生物力学研究的基础,上牙列阻抗中心在弓丝4-7 mm的位置,可作为颧下嵴区微植体支抗植入点.
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螺距对微植体即刻加载稳定性影响的数值研究
目的 研究口腔正畸微植入支抗螺距对骨界面稳定性的影响.方法 采用三维有限元方法,分别研究了四种螺距(0.3 mm、0.5 mm、0.7 mm和1.0 mml)微植体在1.47 N横向荷载作用下的微植体-骨界面位移和应力分布.结果 螺距对微植体表面应力分布的影响显著,大应力值随螺距的减小而减小,而且螺距对颈部和中部位置应力分布的影响不同;随着螺距增大,在颌骨上的位移增大趋势显著,但螺距对微植体位移分布的影响并不显著.结论 在即可加载条件下,建议临床使用螺距为0.5-0.7 mm的微植体作为正畸支抗.
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转矩作用对微植体矫治力系内收上前牙影响的三维有限元研究
目的 研究转矩力的作用对于微植体矫治力系内收上前牙的影响.方法 利用MIMICS软件和有限元软件ABAQUS,建立微植体矫治力系的有限元模型,并在该模型上计算分析有无转矩及转矩作用区域对中切牙和侧切牙移动趋势的影响.结果 不加转矩时,中切牙和侧切牙都表现出舌向倾斜的趋势.在100 g·cm转矩力的作用下,随着转矩作用区域的增大,中切牙的唇向移动趋势逐渐减小,侧切牙由舌向移动逐渐转为唇向移动.结论 转矩能够有效改变牙齿的移动方式,如果转矩从中切牙之间开始向两侧远中方向逐渐减少,效果会更好.
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尖牙远中微植体支抗植入区域口腔颌面部锥形束CT测量分析
目的:通过测量上、下颌骨尖牙与第一前磨牙之间不同水平处颊侧骨皮质的厚度以及根间距离,为微植体支抗植入的佳位点提供依据.方法:随机选择武汉大学口腔医院就诊患者的口腔颌面部锥形束CT影像资料29例,测量双侧上、下颌骨尖牙与第一前磨牙间距离牙槽嵴顶3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm不同水平处颊侧骨皮质的厚度及根间距离,并对测量数据进行统计分析.结果:上下颌尖牙与第一前磨牙间3～7 mm水平骨皮质厚度均大于1 mm,上颌自3 mm向根尖骨皮质厚度逐渐增加,下颌4 mm处骨皮质薄,自5 mm向根尖方向骨皮质厚度逐渐增加.上下颌尖牙与第一前磨牙间3～7 mm水平牙根间距均大于2 mm,上、下颌骨距牙槽嵴顶3mm处牙根间距短,向根尖方向根间距离逐渐增大;双侧上下颌骨3～7 mm各水平骨皮质厚度及根间距离的差异没有统计学意义.结论:上下颌尖牙远中区在距离牙槽嵴顶≥3 mm处骨质可作为微植体的安全植入区域;通过口腔颌面部锥形束CT对微植体植入区域骨皮质厚度及根间距离的测量分析,可以向临床提供精确的数据支持.
关键词： 口腔颌面部锥形束CT 微植体 骨皮质厚度 根间距离 支抗 -
钛合金/不锈钢微植体支抗稳定性的实验研究
目的:评估钛合金和不锈钢两种不同材质微植体支抗即刻负载后的稳定性.方法:选用8只本地成年雄性犬,每只犬任选一侧上颌骨和对侧下颌骨植入钛合金和不锈钢微植体各1枚,共32枚.同颌两对应微植体间即刻加载200 g力.4周和12周时各随机处死4只实验犬,截取带微植体的骨组织块16枚,利用生物力学实验机检测微植体一骨界面剪切力.结果:各组微植体无松动、脱落、无炎症;植入微植体后的生长时间对剪切力有显著性影响,比较均数后得知12周组大于4周组(P<0.05);植入微植体的类型对剪切力有显著性影响,比较均数后得知钛合金组微植体大于不锈钢微植体组(P<0.05);微植体生长时间和类型的两因素交互作用对剪切力无显著性影响.结论:本实验钛合金微植体较不锈钢微植体更为稳定可靠,但两者作为正畸支抗均可正常行使支抗载荷功能,且随着时间延长,其稳定性更好.
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微植体支抗及其在正畸临床中的应用
近年来,骨内种植体以其获得完全支抗而越来越引起人们的关注,但由于其在使用上的困难而一直未在正畸临床上广泛应用.本文介绍一种微型的骨内种植体,即微植体的植入方法、临床应用、施力的大小和方向,与其他骨内种植体的比较及其优缺点等.
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"微植体-上颌骨"三维有限元模型的建立
目的 探索基于Mimics医学图像处理系统的CT法快速建模新思路,建立几何相似性好、可灵活组装、含微植体的上颌骨三维有限元模型.方法 以牙列完整的成人上颌骨为标本,作螺旋CT扫描后将图像传输至Mimics系统进行三维重建,再运用Abaqus对三维模型进行网格划分后建立有限元模型.结果 获得几何相似性好、可拆卸的三维有限元模型;探索出一条基于Mimics的生物力学模型快速建模新方法.结论 应用高精度螺旋CT成像、Mimics和Abaqus相结合的方法建立含微植体的上颌骨三维有限元模型是切实有效和可行的.Mimics系统有助于快速建模及提高模型的几何相似性.
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微植体支抗-骨界面的生物力学研究及微植体颈部优化设计探讨
目的 分析比较在正畸力载荷作用下,不同的微植体-骨界面的应力分布规律,为优化设计微植体的颈部构型提供依据.方法 螺旋CT扫描一完整成人干颅,采用Mimics软件三维重建,再导入ABAQUS6.5有限元分析软件,建立了初始稳定态、完全骨结合以及纤维骨性固位三种不同微植体-骨界面状态下的三维有限元模型,施加大小为2N的相同载荷并计算分析三种界面的应力分布情况.在微植体颈台以下1.5 mm范围内将其直径增粗0.2 mm,再对比计算分析三种界面上微植体颈部构型改变前后的应力分布状态变化情况.结果 在三种微植体-骨界面状态下,微植体周围的应力都主要集中分布在颈部,其中完全骨结合的微植体-骨界面应力分布水平低.微植体颈部经优化设计后,三种微植体-骨界面状态的颈部应力分布水平都有较大幅度的降低.结论 不同微植体-骨界面状态,以及微植体颈部(骨皮质部)直径均是影响微植体周围应力分布水平的重要因素.
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钛合金/不锈钢微植体支抗稳定性的组织学研究
目的:评估钛合金和不锈钢微植体支抗即刻负载的稳定性.方法:选用8只本地成年雄性犬,每只犬任选一侧上颌骨和对侧下颌骨各植入1枚钛合金和不锈钢微植体.同颌2枚微植体间即刻加载1.96 N的力.4周和12周时各随机处死4只实验犬,制作硬组织切片进行组织学研究.结果:所有微植体均没有松动、脱落.微植体与周围组织有良好的生物相容性,种植体周围有纤维组织和骨组织共同包绕.骨结合率随着愈合时间的延长而增高,钛合金微植体骨结合率高于不锈钢微植体.结论:即刻负载下,钛合金和不锈钢微植体支抗的愈合形式都是纤维骨性结合,均可保持稳定,钛合金微植体更为稳定.
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自攻/助攻支抗微植体骨界面的实验研究
目的:探讨2 种不同的植入方式对支抗微植体与骨组织间界面改建情况的影响.方法:采用成年青紫蓝兔为实验对象建立动物实验模型,8 周后处死动物截取带微植体的胫骨组织标本分别进行HE染色观察及BMP- 2的免疫组化染色观察,采用析因分析的方法以BMP- 2的平均灰度值以及阳性细胞个数为指标,对BMP- 2染色强度进行分析.结果:在HE染色切片上,加载及未加载的自攻钉骨界面可以明显地观察到成骨细胞、破骨细胞,但在经过同样处理的助攻钉周围,较多地观察到炎症、破骨细胞以及骨痂.即刻加载及自攻植入的微植体骨界面均有显著增强的BMP- 2平均灰度值和阳性表达的细胞,相对于助攻方式,两者间的差别具有统计学意义(P<0.01);植入方式和加载与否这两因素的交互作用对2 指标均无显著性影响,其差别都不具有统计学意义(P>0.05).结论:自攻型微植体比助攻型微植体更容易诱导成骨,对组织的损伤也相对较小.即刻加载1.96 N的力不会对微植体的稳定性产生不良影响,反而更加促进微植体与骨组织间骨整合的形成.
