【摘 要】
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目的:通过构建“无托槽隐形矫治器-上颌骨-上牙列-牙周膜-附件-微种植体”三维有限元模型,模拟微种植体植入不同高度及矢状向位置,加载不同大小牵引力,观察前后牙位移趋势及牙周膜等效应力。初步探讨无托槽隐形矫治器远移上颌磨牙过程中,微种植钉植入部位和牵引力大小的优化设计方案。方法:1.实验一:选取一名个别正常志愿者,获取颌面部CBCT扫描数据,通过Mimics20.0、Geomagic Studio
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目的:通过构建“无托槽隐形矫治器-上颌骨-上牙列-牙周膜-附件-微种植体”三维有限元模型,模拟微种植体植入不同高度及矢状向位置,加载不同大小牵引力,观察前后牙位移趋势及牙周膜等效应力。初步探讨无托槽隐形矫治器远移上颌磨牙过程中,微种植钉植入部位和牵引力大小的优化设计方案。方法:1.实验一:选取一名个别正常志愿者,获取颌面部CBCT扫描数据,通过Mimics20.0、Geomagic Studio 2014、Unigraphics NX 12等专业建模软件构建包含上颌骨、上牙列、牙周膜、无托槽隐形矫治器、附件以及微种植钉的三维模型,利用专业有限元分析软件（Ansys workbench 19.2）对三维模型进行材料属性定义,网格划分,边界约束等有限元处理得到三维有限元模型。2.实验二:在实验一的模型基础上模拟无托槽隐形矫治器结合不同位置的微种植钉加载1.5N牵引力同时远移上颌第一、第二磨牙。根据微种植钉植入后牙区的位置不同共设计4种工况:（1）工况1:微种植钉位于上颌第一前磨牙与第一磨牙间距离牙槽嵴顶4mm;（2）工况2:微种植钉位于上颌第一前磨牙与第一磨牙间距离牙槽嵴顶6mm;（3）工况3:微种植钉位于上颌第一磨牙与第二磨牙间距离牙槽嵴顶4mm;（4）工况4:微种植钉位于上颌第一磨牙与第二磨牙间距离牙槽嵴顶6mm。记录并比较4种工况中前牙及第一、第二磨牙的初始位移量。3.实验三:在实验一的模型基础上,模拟无托槽隐形矫治器结合微种植钉采用不同牵引力同时远移上颌第一、第二磨牙。微种植钉植入上颌第一磨牙与第二磨牙根间距离牙槽嵴顶4mm位置,以不施加牵引力作为对照组,根据牵引力值不同共设计4种工况:（1）工况1:微种植钉与隐形矫治牵引钩间不加载牵引力;（2）工况2:微种植钉与隐形矫治牵引钩间加载1N牵引力;（3）工况3:微种植钉与隐形矫治牵引钩间加载1.5N牵引力;（4）工况4:微种植钉与隐形矫治牵引钩间加载2N牵引力。记录并比较前牙及第一、第二磨牙三维方向初始位移量及牙周膜等效应力。结果:1.实验一成功构建了包括上颌骨、上牙列、牙周膜、无托槽隐形矫治器、附件以及微种植钉的三维有限元模型,模拟无托槽隐形矫治器结合微种植钉同时远移上颌第一、第二磨牙。2.实验二结果显示工况3在4种工况中上前牙的总位移量及矢状向初始位移量最小,支抗丢失最少,同时磨牙在矢状向的位移量最大,即远移量最大。微种植钉在上后牙区的前后向位置不变,植入高度增加时前牙牙冠的近中及唇向位移量增加,且表现出更明显的压低趋势;而微种植钉在后牙区植入高度不变,微种植钉位置后移时前牙牙冠的近中及唇向位移量以及压低量均呈现出减小趋势。3.实验三结果显示4种工况中,上前牙在三维方向表现为近中倾斜,唇倾及压低,随着牵引力值增加前牙在近远中及唇舌向支抗丧失减小,但压低趋势更为明显,并且尖牙牙冠有远中舌向扭转的趋势。第一磨牙表现为为冠根同向的可控制性倾斜移动伴伸长,而第二磨牙表现为冠根反向不可控倾斜移动伴压低,随着牵引力值增加,第一磨牙有近中腭向扭转的趋势。工况1,2牙列最大初始位移出现在中切牙,工况3,4出现在第二磨牙,工况4第二磨牙最大初始位移大于工况3。工况1,2模型最大初始位移出现在中切牙牙冠,工况3出现在第二磨牙牙冠,而工况4出现在隐形矫治器。工况1,2的中切牙以及工况4的第一、第二磨牙牙周膜等效应力值均超过牙周膜能承受的力值上限0.026Mpa,工况3前牙及磨牙牙周膜等效应力均小于0.026Mpa。结论:1.“上颌骨-上牙列-牙周膜-无托槽隐形矫治器-附件-微种植钉”三维有限元模型的构建,为后续研究奠定了模型基础。2.无托槽隐形矫治器远移上颌磨牙时,微种植钉在矢状向位置越靠后且低位植入时更有利于保护前牙支抗和提高磨牙远移效率。微种植钉植入位置较高或矢状向位置靠前时会对前牙产生更明显的压低效应。3.无托槽隐形矫治器结合微种植钉远移上颌磨牙时,前牙支抗丢失主要表现为唇倾伴不同程度的近中倾斜及压低,第一磨牙表现为可控的远中倾斜伴伸长,第二磨牙表现为不可控的远中倾斜伴压低。1.5N的牵引力有利于前牙支抗控制,磨牙远移效率较高且不易损伤牙周组织。随着牵引力值增加,矫治器可能发生变形,并且临床需注意尖牙舌向扭转及第一磨牙近中腭向扭转的趋势。
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