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支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析

时间:2022-01-13 10:27:56   阅读:1045

目前在正畸治疗过程中支抗钉的使用越来越多,对于需要加强支抗控制的病例,支抗钉的确是一种非常简单有效的辅助矫治手段。不同的位置支抗钉,在牵引牙齿移动的时候会出现不同的效果,下文就通过有限元分析的方法,计算机模拟了支抗钉前移磨牙过程中的力系统。


材料与方法


使用锥形束断层扫描(CBCT)收集一个右下颌第一磨牙缺失的27岁男性患者的下颌骨及牙齿数字模型。CBCT图像保存为数字成像和医学格式的通信,并加载到基于图像的建模软件Simpleware中,来创建分析模型。采用灰阶阈值法对磨牙、前磨牙和下颌骨进行识别区分。用填充工具填充齿槽骨腔并复制分别制作皮质骨和松质骨。用该工具在其下颌骨表面缩小约10个像素(2 mm),然后通过布尔运算生成皮质骨和小梁骨。牙周韧带(PDL)由1个像素(0.25 mm)远离牙根表面复制和扩张的牙根。在建模完成后,将所有解剖成分导出为非均匀有理B样条(NURBS)表面模型。


使用计算机辅助设计软件(CAD)构建由托槽、延伸臂和种植钉组成的牵引系统。颊面管按照0.022×0.028尺寸设计,在辅弓管内设计由0.019×0.025不锈钢丝制作的向下的10 mm的延伸臂。托槽与延伸臂设计为刚性结合。支抗钉以直径为1.6mm设计。将支抗钉设计在第二前磨牙的近中,从平牙龈缘高度开始向根向间隔2mm分别植入一枚支抗钉,依次设计植入4枚。


在所有构建完成后,将数据导入到Autodesk软件中相互集成。将解剖结构从NURBS曲面模型转换为实体模型,然后使用布尔建模方法与CAD制作的牵引系统模型相结合。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


如下图所示以颊面管槽沟为X轴划制坐标轴(XYZ)。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


使用上述模型对不同支抗钉位置作用于磨牙进行牵引的情况进行分析。在磨牙上的牵引位置以从颊面管向下的延长臂来确定,每2mm向下定一个牵引位点,用于不同的施力,支抗钉如前所述放置在四个不同高度。最后,分析牙槽骨的受力情况。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


将整个模型导入到有限元分析软件Autodesk Simulation MechanicalTM中进行网格生成。生成的网格模型由287757个二阶四面体基本单元组成。下表显示了本研究中使用的所有材料特性。所有的成分都假定为各向同性。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


有限元分析是在皮质骨和松质骨的底部被限制的情况下,从延伸臂的每个施力位点(Hook1-5)施加1N的牵引力到每个支抗钉(MS1-4)。通过在不同延伸臂的施力位点施加不同大小的力(0,0.5,1,1.5N)至不同高度支抗钉上,分析了总共80个组合。舌侧的牵引力直接从第二磨牙冠的舌侧中心点到第二前磨牙冠的舌中心点。对每种情况下初始力引起的磨牙运动类型进行了分析。

选择近远中颊尖及远中根尖三个位置对磨牙的初始运动方式评估。根据这三个位置的变化,在每个X-Z平面,Y –Z平面和X -Y平面上确定初始运动。磨牙的移动是一个复杂的运动,这种运动会包括平移移动与沿着阻抗中心的旋转运动。为了找到实现平移移动的最佳方法(防止倾斜移动),在本研究中我们所考虑的不利移动仅为沿阻抗中心的旋转移动。在X-Z平面上的旋转被标记为近远中向,在Y -Z平面上的旋转被标记为颊舌向,并且在X -Y平面上的旋转被标记为扭转,其中逆时针旋转在每个平面被认为是一个正值。

结果:

支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


下图显示了仅在颊侧施力时磨牙在三个平面运动的情况,近远中倾斜,颊舌侧倾斜和旋转。当延伸臂的长度从钩1到钩5过程中,近远中倾斜和旋转分别减小了0.8度和0.18度。在施力点在钩4(8mm)时观察到平移运动,在施力点在钩5(10mm)时,观察到轻微的远中倾斜。在颊舌向旋转运动的观察中观察到较少的变化,但是均为颊倾的趋势。在其他负荷条件下观察到相同的线性趋势,然而,随着舌侧牵引力的增加,旋转趋势逐渐减小,在舌侧牵引力增加至1.5 N时(图4D)旋转几乎为0。另一方面,近远中倾倒量随着舌侧力的增加而增加。因此,在舌力的作用下,没有观察到磨牙的平移运动。然而,增加舌力也有助于减少颊倾趋势。


下图显示了在用第二位支抗钉牵(MS2)引时的磨牙运动情况,趋势与MS1相同。在MS3,MS4位置都表现出相同的趋势。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析

支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析

支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


在下图中基于不同高度的支抗钉,在钩5,舌侧力1N的情况下进行了磨牙运动情况比较。发现随着支抗钉的位置逐渐向根方,近远中旋转和扭转略有增加,而颊倾略有下降。


支抗钉对磨牙近中作用的有限元分析


结论:

1,根据这个有限元分析的结果,在下颌磨牙近中移动过程中,增加延伸臂长度(8~10mm)可以减少磨牙移动过程中的近中倾斜。

2,舌侧力的施加有助于减少牙齿的扭转。

3,最理想的力系统是长的延伸臂(10 mm),配合上与唇侧力相等大小的舌侧牵引力。

4,支抗钉的高度对于磨牙的近中移动影响并不大。


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来源:浙一口腔正畸林军 转载联系作者并注明出处。

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