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有限元分析在唇腭裂畸形矫治中生物力学研究进展
有限元法是一种从工程结构分析发展起来的求解连续介质力学问题的数值分析方法,自1973年引入口腔医学领域以来,国内外学者目前已做了大量工作,包括义齿、种植体、下颌骨、颞下颌关节、颅面复合体等有限元分析,而在唇腭裂畸形矫治领域中,由于结构复杂,建模困难,以及计算机技术、有限元分析软件的限制,应用研究较少.我们仅就唇腭裂颅面复合体三维有限元的建模和应用进行综述.
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不同方向的中位牵引作用下颅面部的生物力学变化
目的 探讨颅面复合体在不同方向的中位前牵引作用下的生物力学变化.方法 采用三维有限元法测量以梨状孔底骨性承力,不同方向中位前牵引的生物力学变化.结果 随牵拉的角度增大,各观察点的矢向位移逐渐减小.垂直向移位由向上逐渐转为向下,前下20°～30°牵引可整体前移上颌,且各骨缝区应力一致,可避免上颌骨的逆时针旋转.结论 以梨状孔底承力骨性前牵引,牵引方向为前下20°～30°时,可有效地前移上颌复合体.
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中位前牵引颅面骨骼的三维有限元研究
目的 探讨中位骨骼前牵引和以牙齿承力前牵引的生物力学变化特点.方法 在三维有限元颅面复合体模型上,分别以单个牙齿承力,牙列承力前牵引和中位骨骼前牵引,比较分析其生物力学变化.结果 以梨状孔底承力的中位前牵引,矢向位移面中上1/2前移比牙齿或牙列承力的前牵引多,面中下1/2位移相对较少,垂直向及侧向位移值均小于牙齿或牙列承力的前牵引.中位前牵引颅面复合体,鼻根区压应力减少明显.结论 与传统的牙体或牙列承力的前牵引比较,上颌中位前牵引可整体前移上颌,从而减少上颌的逆向旋转及硬腭前部压缩现象.
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虚拟骨缝在颅面复合体三维有限元模型中的构建及应用
目的初步探讨在颅面复合体三维有限元模型中构建骨缝结构并进行牵引研究.方法采用螺旋CT扫描与三维有限元方法相结合,建立颅面复合体三维有限元模型,进一步利用MSC.Patran软件构建骨缝,并对模型骨缝选取不同的材料属性,在相同加载条件下,比较观察其位移变化.结果建立包括颅面骨缝及牙列的颅面复合体三维有限元模型,设立骨缝与无骨缝情况下位移比较差距明显.结论颅面骨缝在颅面复合体三维有限元模型上的建立,更接近真实骨骼结构,能进一步提高计算精度,为颅面复合体生物力学研究奠定了基础.
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颅面部发育的基因调控(第一部分)
脊椎动物的头部结构复杂,其生长发育受到基因水平的调控.越来越多的证据表明一些基因家族在控制颅面部的形态发育.目前有关的实验主要集中在homebox基因缺失和获得功能后转基因鼠的研究.已证明Hox基因族在颅面复合体的形态发育中起到了重要的作用.转基因小鼠实验中,通过定位阻断其中一些基因的作用导致了一系列和人类颅面部畸形类似的畸形.本文对有关颅面部发育的基因调控的目前研究情况作以综述.
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包含骨缝的颅面复合体三维有限元模型的建立
目的:探讨利用螺旋CT原始数据建立包含骨缝的颅面复合体三维有限元模型的数字化方法,建立一个具有生物力学特性的包含骨缝的动态颅面复合体三维有限元模型.方法:采用多排螺旋CT对恒牙早期骨性安氏Ⅲ类患者行常规头部乎扫及三维数字影像重建,利用原始DICOM数据建立颅面复合体三维几何模型,在MSC. Metant前处理软件工具中划分网格.结果:建立了完整的颅面复合体三维体几何模型和包含骨缝的完整颅面复合体三维有限元模型,由630,379个单元和148,143个节点组成.探索出一条适用于活体的颅面骨合体三维有限元数字化建模方法.结论:应用螺旋CT薄层扫描,三维重建软件Mimics和非线性有限元分析工具MSC.Marc相结合的方法,建立包含骨缝的颅面复合体三维有限元模型是一种快速有效的方法.
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有限元法在颅面复合体生物力学研究中的应用
有限元法是适应使用电子计算机而发展起来的一种新颖和有效的数值方法.它自1956年在航空工业首次运用成功起,便被广泛应用于工程技术的各个领域.1973年,美国密执安大学的Farah先应用二维有限元法,对三种不同龈边缘形态的全冠制备体进行了应力分析,从此,有限元的方法就被逐渐应用到口腔医学的许多方面,但是大量的研究主要集中在与牙体、牙周、下颌骨、义齿及种植体相关的生物力学问题上,而对于包括上颌骨在内的颅面复合体的研究,却只是近十年才陆续有报道,具体情况如下:
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建立人颅面复合体三维有限元模型的研究进展
正确认识颌骨、牙列及颞下颌关节的生物力学行为,了解其结构本身、结构改变,以及状态改变对生物力学特性的影响,一直是口腔临床医师关心的问题.
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唇腭裂上颌发育不全颅面复合体三维有限元模型的建立
目的 探讨高数字化唇腭裂上颌发育不全颅面复合体三维有限元建模方法.方法 采用螺旋CT扫描技术获取颅面复合体断层图,通过DICOM格式完成数字影像转换,与三维有限元方法相结合直接建模.结果 建立了包括颅面骨和牙列在内的颅面复合体三维有限元模型,由353 297个单元和537 214个节点组成.同时构建了相应的软组织.结论 利用DICOM数据直接建模提高了整体建模速度,建立的单侧腭裂颅面复合体三维有限元模型具有良好的几何相似性,方法有效可行.
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颅面复合体数字化几何实体模型建立
利用螺旋CT 原始DICOM 数据，建立颅面复合体和骨缝精确几何实体模型。实现在没有实体骨骼的情况下也能对解剖结构进行学习研究。用螺旋CT 扫描获取颅面复合体二维图像原始DICOM 数据。用软件组合，在原始数据基础上，建立颅面复合体几何实体模型，为解剖学习、研究提供可靠、便捷的模型基础。
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成人颅面复合体三维有限元模型的建立
目的：建立成人颅面复合体三维有限元模型，为进一步研究腭部种植支抗进行上颌扩大的可行性及其与牙支抗的对比研究建立数学模型基础。方法采用螺旋 CT 断层扫描成年人颅面复合体，计算机图像处理和转录技术，自编程序和ANSYS 软件相结合建立颅面复合体的三维有限元模型。结果建立了具有良好几何相似性和生物力学相似性的颅面复合体三维有限元模型。结论模型精确地重建了骨密质和骨松质成分，适合用于上颌快速扩大术（RME ）的生物力学分析。
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上颌快速扩弓的颅面复合体三维有限元模型的建立
目的 建立上颌快速扩弓的颅面复合体三维有限元模型.方法 利用螺旋CT扫描获取颅面复合体二维图像原始DICOM数据,结合Mimicsl0.0、ProE Wildfire 4.0、MSC.Marc.mentat 2005 R3和Geomagic studio10.0软件,建立包含上颌第一前磨牙、第一磨牙及其牙周膜、带环的颅面复合体三维有限元模型.结果 所建三维有限元模型单元数达到522800,具有良好的几何和生物相似性,可以导入到CAD软件中进行处理.结论 应用螺旋CT结合Mimics10.0、MSC.Marc.mentat 2005 R3和Geomagic Studio10.0软件建立颅面复合体三维有限元模型的方法是可行和有效的.
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不同承力点前牵引颅面骨骼的三维有限元研究
目的:从生物力学的角度比较分析,不同部位承力颅面骨骼前牵引的生物力学变化特点.方法:采用三维有限元方法,建立颅面复合体三维有限元模型,在模型上分别以牙列承力前牵引和梨状孔底骨骼承力的前牵引,比较分析其生物力学变化.结果:以梨状孔底骨骼承力的前牵引,矢向位移面中上1/2前移比牙列承力的前牵引多,面中下1/2位移相对较少,垂直向及侧向位移值均小于牙列承力的前牵引,等效应力集中范围明显小于牙列承力的前牵引,鼻根区压应力减少明显.结论:与传统的牙列承力的前牵引比较,以梨状孔底骨骼承力的前牵引可整体前移上颌,减少上颌的逆向旋转,减少硬腭前部压缩现象.
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三维有限元分析法在颅面矫治中的应用
正畸生物力学有近50年研究历史,有限元法作为一种力学研究技术,已成功应用于牙颌生物力学研究中.随计算机性能的不断提高和三维有限元技术的不断成熟,使较复杂的三维有限元分析成为可能.近年来国内外学者使用三维有限元法对颅面复合体生物力学进行了较多研究.本文就目前三维有限元法在颅面复合体矫治研究中的应用进展作一综述.
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颅面复合体三维有限元法分析的研究进展
三维有限元法是目前口腔生物力学领域中一种先进有效、方便实用的数值分析方法.本文综述颅面复合体三维有限元建模情况和应用研究,并评价了不同时期建模方法特点,对将来颅面复合体三维有限元的研究和应用作一展望.
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导萌器在Ⅱ类1分类错治疗中的作用
采用头影测量方法评估导萌器对Ⅱ类1分类错治疗的效果.研究颅、牙、面复合体的下列内容:上下颌骨、颌骨矢向关系、垂直向变化、上下牙槽、上下切牙关系以及上下磨牙间的矢向关系.材料和方法治疗组30例,女13例,男17例,初诊平均年龄9岁,27例为Ⅱ类1分类错 ,3例为Ⅰ类错 ,均为深覆 ,所有患者接受导萌器治疗平均为26个月,从同期开始治疗的60例中,根据10个月治疗后佳效果选出30例样本,治疗前后分别摄习惯位的头侧位片.对照组30例样本,女13例,男17例.26例为Ⅱ类1分类错 ,4例为Ⅰ类错 ,对照组均有深覆 ,无正畸治疗史.指导每个患者睡眠时戴矫治器,白天仅戴4 h,分4个阶段,每阶段1 h,每小时中,前半小时用重力咬矫治器1 min,再轻咬1 min,后半小时轻咬矫治器,始终保持上下唇接触.在26个月的观察期中,进行头影测量描图,数字化处理,通过比较、分析,评价实验组和对照组可能出现的差异.结果和讨论下颌生长量、下颌突度、下面高及前面高,下颌磨牙近中移位,下颌后份牙槽高度的增加均有统计学差异.同时显示,治疗后上切牙舌倾、下前牙前突改善,上下颌骨关系及磨牙关系改善,覆覆盖明显减少,上切牙的垂直向生长受抑制.本研究还表明,观察期间上颌骨生长无显著差异.作者认为,Ⅱ类错患者,为恢复其正常咬合,应用导萌器能显著改变颅面复合体,特别是牙和骨性区域的生长.[肖琼芳摘 陈扬熙校]
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基于X线和激光扫描的颅面部三维重建与手术模拟系统的研究
牙颌面畸形的发病与治疗均涉及颅面部颌骨、牙齿、软组织的三维空间结构改变,对颅面部形态进行三维的测量与分析多年来一直是国内外学者研究的热点问题.目前,对于单一组织都能较为精确捕获它们的三维信息,但是单一组织不能全面反映颅颌面各部分之间的解剖关系,因此多结构多方法联合重建成为形态学研究的方向.本课题组用头颅定位X线片和激光扫描获取颅面部软硬组织图像数据,研究开发颅面部软硬组织三维重建及正颌手术模拟、预测系统,为颅面畸形的诊断、治疗方案确定和定量控制、预后评估提供新的途径.
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腭种植体支抗快速扩弓的三维有限元分析
目的 研究不同位置和数目腭种植体支抗在快速扩弓时颅面复合体的生物力学变化,为临床应用腭种植体支抗快速扩弓提供理论依据.方法 应用MSC.Marc.mentat 2005 R3软件,模拟上颌快速扩弓,以枕骨大孔边缘及顶骨、枕骨前部中点作为固定,种植体处施加扩弓力.设定扩弓力大小为80 N,模拟不同位置及数目腭种植体支抗快速扩弓,分析不同加载条件对颅面复合体的影响.结果 不同位置及数目腭种植体支抗快速扩弓时颅面复合体的应力分布和位移趋势较为一致,应力较大区域分布在鼻额缝、颧颌缝、鼻上颌缝、翼腭缝,腭中缝呈“V”形打开,种植体位于上颌尖牙和第一前磨牙之间时相应的应力和位移大.结论 快速扩弓时腭种植体数目与颅面复合体应力和位移大小无明显关联,腭种植体位置越靠前,其相应的应力和位移越大.
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两种不同支抗快速扩弓的三维有限元分析
目的:比较分析两种不同支抗快速扩弓时颅面复合体的生物力学变化,为不同支抗快速扩弓的临床应用提供理论依据.方法:应用Mimics10.0、MSC.Marc.mentat 2005 R3等软件,建立颅面复合体三维有限元模型,加载80N的扩弓力模拟种植体支抗及牙支抗快速扩弓,分析不同加载条件下颅面复合体的应力分布和位移趋势.结果:两种支抗快速扩弓时颅面复合体应力的较大区域均分布在鼻额缝、颧颌缝、鼻上颌缝、翼腭缝,腭中缝呈楔形扩开.快速扩弓时种植体支抗产生的颅面复合体应力值和位移比牙支抗更小.结论:两种支抗扩弓均能有效扩展腭中缝,但种植体支抗快速扩引时颅面复合体旋转更小,临床扩引时的开牙合趋势减小.
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种植体支抗前牵上颌体的三维有限元分析
目的：探讨对上颌种植体支抗施加不同大小和方向的前牵引力时颅面复合体骨缝处的应力变化。方法：用螺旋 CT扫描安氏Ⅲ类患者颅面部以获取原始二维图像 DICOM数据，建立颅面复合体的三维有限元模型，种植支抗设计在3223间。模拟前牵引力值1～10 N，1 N 递增，方向平行于眶耳平面向前下呈0°～60°，10°递增，两两组合共70种工况。分析各工况下颅面复合体各骨缝处第一主应力及 Von Miese 等效应力分布情况。结果：牵引角度相同力值不同时，各骨缝应力变化规律相同；牵引力值相同角度不同时，不同区间各骨缝应力变化不同。当牵引角度小于30°时，应力变化分析提示上颌体向前生长并向上旋转；等于30°时上颌体出现向前生长；在40°～50°时，上颌体向前生长方向与牵引方向大致相同；大于50°时，上颌体出现向前生长并向下旋转。结论：种植体支抗眶耳平面向前下30°～50°牵引加载力1～10 N 利于上颌体向前生长。
