短冠磨牙远中邻牙合缺损髓腔固位冠修复的三维有限元分析

背景:对于牙冠高度正常的牙齿,不同髓腔固位深度及不同修复材料的髓腔固位冠修复对牙体组织应力大小及抗折性有影响,对于短冠磨牙缺损利用髓腔修复的研究多集中在临床观察及体外抗折性实验。目的:建立根管治疗后短冠磨牙髓腔固位冠修复的三维有限元模型,分析不同髓腔固位深度及修复材料的修复体对牙本质等效应力分布及大小的影响。方法:在建立完整短冠下颌第一磨牙模型的基础上,建立不同髓腔固位深度(h=2,3,4 mm)、不同修复材料(氧化锆、二硅酸锂)的髓腔固位冠修复短冠磨牙远中邻牙合缺损的三维有限元模型,采用斜向加载,观察等效应力分布情况,计算牙本质等效应力峰值及近中髓室壁近髓室底等效应力平均值。结果与结论:①等效应力集中部位:完整短冠磨牙及修复后各模型应力主要集中在近中根近中颈部及近中根舌侧颈部,修复后各模型垫底层对应的近中髓室壁近髓室底处均有应力集中区,其中以髓腔固位深度4 mm组应力集中明显;②在相同修复材料下,修复后各模型牙本质等效应力峰值均以髓腔固位深度3 mm组最小,近中髓室壁近髓室底处牙本质等效应力平均值均为髓腔固位深度3 mm组最小;③在相同固位深度下,氧化锆组及二硅酸锂组牙本质等效应力峰值及近中髓室壁近髓室底处牙本质等效应力平均值均相差不大;④结果表明,在此次实验条件下,短冠磨牙缺损采用髓腔固位冠修复时固位深度为3 mm更有利于保护剩余牙体组织,修复材料选择氧化锆或二硅酸锂对牙本质应力影响区别不大。

两种隐形正畸序列磨牙远移的有限元比较

目的比较两种远中移动序列的无托槽隐形矫治在磨牙远移方面的执行效果。方法建立包含牙体、牙周膜、牙槽骨及隐形矫治器的下颌右侧7颗牙齿有限元模型,分别选用两种推磨牙远中移动对牙齿进行模拟第二磨牙远移0.5 mm的过程,采用牙槽骨重建技术模拟长期牙齿移动效果。结果V型、ZC远中移动序列第二磨牙最大远中位移分别为0.27、0.34 mm,ZC远中移动执行效率增大13.34%;牙齿内倾分别矫正0.18、0.44 mm,舌侧内倾角度分别矫正1.15°、2.69°,ZC舌侧内倾矫正率提高15.01%;远端倾斜分别增大1.83°、0.84°,ZC远端倾斜角度减小54.10%。结论ZC远中移动序列方法在无托槽隐形矫治中能够更有效地实现磨牙远中移动,减少磨牙远中倾斜和矫正磨牙舌侧内倾,为无托槽隐形矫治创造前牙间隙提供有利条件。

双通道打印下颌骨支架的有限元分析

许多动物实验均证实了对打印支架施加10%压缩应变刺激时更利于细胞的增殖。为了探究这一原因,采用有限元技术,对支架进行单轴压缩10%应变的仿真研究,得到了支架的整体支反力情况、支架各层应力分布以及支架各层位移分布。结果表明:当支架发生10%压缩应变时,支架各层受力范围在0.2~0.6 N,最大形变发生在支架第二层与第三层接触的线束上,此处线束发生了扭转变形。将有限元结果与支架力学实验结果做比较,发现仿真结果与实验结果吻合良好。

生物可吸收板与微型钛板在不同骨质下颌骨骨折固定中的有限元分析

背景:下颌骨骨折在坚强内固定后的愈合受多种因素影响,包括接骨板的材料、骨折部位以及患者骨密度等,然而,目前对于不同骨质下下颌骨骨折固定稳定性关系的研究相对较少,并且缺乏科学的依据。目的:利用有限元法分析生物可吸收板和微型钛板固定不同骨质条件下颌骨骨折的稳定性。方法:根据ZARB和LEKHOLM提出的骨质分类方法,分别建立Ⅰ-Ⅳ类下颌骨骨折三维有限元模型,每类骨质条件下分别模拟下颌骨正中、体部和下颌角3个部位的骨折模型,采用生物可吸收板(或微型钛板)对上述骨折进行内固定,模拟健侧咬合状态,利用有限元分析骨折段的相对位移与内固定物应力分布情况。结果与结论:①随着骨质等级的增加,内固定物的最大应力值基本呈逐渐增加趋势,微型钛板组、生物可吸收板组下颌体部Ⅳ类骨质下的内固定物最大应力值最高,分别为382.74,96.11 MPa;在相同骨质条件下,钛板组各部位骨折模型的内固定物最大应力值均高于生物可吸收板组。②对于Ⅲ和Ⅳ类下颌骨正中部骨折,微型钛板组、可吸收板固定组骨折断端位移较大,超过了骨愈合极限值(大于150μm);对于Ⅳ类骨质下颌骨体部骨折,生物可吸收板组骨折断端位移超过了愈合极限值,微型钛板组骨折断端位移接近愈合极限值;在相同骨质条件与骨折部位下,微型钛板组骨折断端位移要小于生物可吸收板组。③结果显示,两种内固定物的强度和刚度均足以支持Ⅰ-Ⅳ类骨质下颌骨3种部位骨折的骨愈合,并且生物可吸收板的固定稳定性与微型钛板几乎相同,可以提供骨折早期的愈合条件。在治疗下颌骨骨折时应将下颌骨骨质类型纳入考虑因素,下颌骨骨质等级越高,骨折固定的稳定性越差,术后更易发生骨愈合不良等并发症。

FINITE ELEMENT METHOD AND ANALYSIS FOR CHEMICAL-FLOODING SIMULATION

This article discusses the enhanced oil recovery numerical simulation of the chemical-flooding (such as surfactallts, alcohol, polymers) composed of three-dimensional multicomponent, multiphase and incompressible mixed fluids. The mathematical model can be described as a coupled system of nonlinear partial differential equations with initialboundary value problerns. viom the actual conditions such as the effect of cross interference and the three-dimensional charederistic of large-scale science-engineering computation,this article puts forward a kind of characteristic finite element fractional step schemes and obtain the optimal order error estdriates in L2 norm. Thus we have thoroughly solved the well-known theoretical problem proppsed by a famous scientist, R. E. Ewing.

短种植体和超短种植体单冠修复在不同骨质中受力情况的有限元分析

目的 通过有限元建模,分析短种植体和超短种植体支持的单冠在不同骨质中的受力情况并评估其临床适用性。方法 共建立12组有限元模型,包括2种直径(4.1 mm和4.8 mm)、3种长度(4 mm、6 mm、8 mm)和2种骨质(Ⅱ类骨和Ⅲ类骨),并选择下颌第一磨牙牙冠作为上部修复体,施加垂直向(152.8 N)、近远中向(31.2 N)和颊舌向(22.8 N)的载荷,计算皮质骨和松质骨的应变、应力以及种植体位移。结果 在下颌磨牙区Ⅱ类骨和Ⅲ类骨中,皮质骨和松质骨的最大应变随直径增加而降低,皮质骨应变降幅分别为22%和16%,松质骨应变降幅均为14%,随长度增加而降低,皮质骨应变降幅分别为7%和17%,松质骨应变降幅分别为29%和27%。在Ⅱ类骨中,皮质骨和松质骨最大应变均在生理限度内;在Ⅲ类骨中,除4.8 mm×8 mm组外,其他各组松质骨应变均超过生理限度;除4.1 mm×4 mm组外,其他各组皮质骨应变均在生理限度内。各组模型应力与应变呈正变关系,种植体最大位移均低于50μm。结论 在仅考虑下颌磨牙区不同骨质中的受力情况时,在Ⅱ类骨中,可以应用短种植体和超短种植体;在Ⅲ类骨中,需谨慎选择短种植体并采取降低咬合力的措施,不建议使用超短种植体。

有限元法建立下颌第一磨牙模型及受力分析

目的 建立下颌第一磨牙的三维有限元模型 ,并观察牙齿各部位应力分布情况。方法 离体下颌第一磨牙经CT扫描及图像处理 ,通过特定的有限元软件建立三维有限元模型 ;在该模型上模拟牙咬合情况进行垂直和侧向加载 ,计算出牙体部及根管壁各部位的最大拉应力、最大压应力和能量应力。结果 下颌第一磨牙的应力最大值出现在直接加载处 ,倾斜加载比垂直加载引起的应力大。自冠方向根方 ,各部位最大应力逐步减小 ,在髓底根管口处有一上升峰值 ,尤以倾斜加载时更为显著。管壁的应力小于牙体的应力 ,变化趋势与牙体的应力相似。结论 采用有限元法分析牙齿各部位的应力情况 ,是一种简捷、有效、可靠且安全的方法。

三种根管预备方法对根部牙体组织应力分布影响的三维有限元分析

目的:观察3种不同器械预备根管后,根管锥度变化对牙体组织应力分布的影响。方法:建立人下颌第一磨牙三维有限元模型,在此基础上模拟#35K锉、ProTaper、Profile3种器械进行根管预备,模拟根管充填、修复。运用Marc有限元软件,采用中央垂直加载,计算3种不同器械根管预备后根部牙体组织的应力分布状况。结果:不同器械预备根管时对根管壁受力有影响,以ProTaper预备根管壁的应力最大,Profile组根管壁的应力其次,#35K锉预备根管应力相对最小。而牙周膜与牙槽骨应力无明显变化。结论:ProTaper在根管口部位的根管侧壁上应力水平略高于Profile和#35K锉组,但是应力差值非常小。

上颌第一磨牙远中移动时牙周应力分布的三维有限元分析

目的 研究上颌第一磨牙远中移动时其牙周组织应力分布情况 ,探讨上颌第一磨牙远中移动的最佳荷载方式 ,为临床应用提供生物力学基础。方法 采用正常的头颅骨 ,通过螺旋CT扫描的方法建立上颌第一磨牙的三维有限元模型。使用 4种不同负荷方式对模型进行加载 ,计算上颌第一磨牙远中移动的最佳荷载方式。结果 上颌第一磨牙远中移动时 ,不同的加载所产生的牙周的应力分布不同。在上颌第一磨牙颊面中心附近施加远中力并结合抗衡力矩 (Mt F =10 ,Mr F =6 )可以在牙周膜的远中面获得平均分布的低压应力 ,它能使牙齿倾向于整体移动。结论 正确的荷载方式可消除旋转和倾斜 ,使上颌第一磨牙整体远中移动。

下颌第一磨牙分根后单冠与联冠修复的有限元分析

目的:研究下颌第一磨牙分根后2种修复方式对磨牙应力分布的影响。方法 :利用锥形束CT(CBCT)扫描和Mimics、Geomagic、UG处理图像,建立下颌第一磨牙分根术后单冠和联冠修复的三维有限元模型。分别进行垂直和斜向加载,计算正常下颌第一磨牙及2种修复方式下牙体和牙周组织的应力。结果:垂直载荷时,2种修复模型与正常磨牙牙体、牙周应力分布相似;牙体应力极值和牙周膜最大主应力值均增加,单冠模型增幅较大。斜向载荷时,联冠模型与正常磨牙牙体、牙周应力分布相似,单冠模型远中根及牙周膜颊侧根下半部应力集中区增大;牙体应力极值和牙周膜最大主应力值均增加,单冠模型增幅较大。结论:下颌第一磨牙分根术后选择联冠修复更为合理。

2种牵张方向对下颌骨体部牵张成骨应力分布与位移的影响

目的建立下颌骨牵张成骨三维有限元模型,研究下颌骨体部模拟牵张成骨时牵张方向对下颌骨体部牵张成骨的影响。方法建立下颌骨牵张成骨三维有限元模型,测量不同牵张位移加载条件下,下颌骨的Von Mises应力、骨结合点位移。结果当牵张器平行于下颌骨体放置时,模型中的最大应力是牵张器平行于矢状轴模型中最大应力的2倍。Von Mises应力集中主要发生在加载部位(牵张器与骨的结合点)和髁突的颈部前下方区域,由于这2处有应力集中,可能导致局部骨质吸收,从而造成螺钉松动,影响牵张器的稳固性。当模型的加载位移增加时,最大应力与加载位移值成线性关系。结论平行于下颌骨体组模型存在明显的侧方力,牵引装置所产生的反作用力使它的后臂产生向外侧位移。牵引装置平行于矢状轴放置时,这种反作用力可降至最低程度,此项研究为牵张器在临床应用中的放置位置和牵引方向提供了理论依据。

近中移动下颌第二恒磨牙的三维有限元分析

目的了解下颌第二恒磨牙不同载荷下近中移动时的位移及应力分布情况。方法在建立的下颌第二恒磨牙及其牙周组织的三维有限元模型牙体部分,相当于颊面管的部位模拟加力,以及模拟颊舌侧同时加力的情况,计算和分析牙体各个部位的应力分布情况。结果牙体平行移动时(M/F为8∶1),其应力分布比较均匀。在加力点处,牙体颈缘处及根分叉区应力比较集中。根尖部位没有高应力集中。结论下颌第二恒磨牙近中移动时,颊舌侧同时加力并且施加适当的近远中向的力矩,有利于牙齿的整体平行移动。

下颌第一磨牙全瓷冠三维有限元建模及力学分析

目的:使用一种新方法建立下颌第一磨牙双层全瓷冠的三维有限元模型。方法:以两种不同比例的硫酸钡与自凝塑料混合物来代替陶瓷制作双层全瓷冠,经Micro-CT扫描获取图像,Simpleware软件建模,Geomagic软件光滑处理,Ansys11.0分析软件进行网格划分及分析。实验模拟牙尖交错的功能状态进行应力力学计算分析。结果:建立了下颌第一磨牙双层全瓷冠的三维有限元模型,单元数800491,节点数1128058。全瓷冠第一主应力的分布从高到低依次为:载荷相应核瓷组织面(38.12MPa)、饰瓷加载点周围(26.71MPa)、加载侧肩台核瓷内表面(17.98MPa),其余部分的应力分布均匀且较低。结论:将显影塑料代替双层全瓷冠并用Micro-CT扫描,通过Simple、Geomagic、Ansys软件建模的方法可行,为全瓷冠有限元的分析提供了一种更精确、简便的建模方法。应力分析提示全瓷冠咬合接触点、颈部肩台及核瓷组织面是张应力集区域。

建立三种桩核系统修复下颌第一磨牙的三维有限元模型

目的:建立3种桩核系统冠修复下颌第一磨牙的三维有限元模型,要求建立的模型能尽可能体现生物体建模的相似性要求。方法:采用CT扫描离体下颌第一磨牙,MIMICS软件处理断层影像数据,GEOMAG-IC软件造型、NURBS曲面拟合,ANSYS软件建立实体模型,然后划分网格,建立了下颌第一磨牙桩核冠修复体3个基础模型。结果:建立的下颌第一磨牙桩核冠修复体的三维有限元模型,与临床实际情况有良好的相似性,具有可修改性,网格划分合理,计算结果可信、可比。结论:CT断层扫描技术结合专业逆向工程软件及ANSYS有限元分析软件建模方法准确、有效、可行。

下颌第一恒磨牙Ⅰ类洞型三维有限元模型的建立

目的 建立下颌第一恒磨牙Ⅰ类洞型三维有限元模型。方法 将制备Ⅰ类洞型的离体下颌第一恒磨牙经CT扫描及图像处理 ,通过特定的有限元软件建立三维有限元模型。结果 建立了具有真实感的下颌第一恒磨牙Ⅰ类洞型三维有限元模型。结论 此建模方法切实可行 。

单个下颌磨牙缺失种植修复的三维有限元分析

目的:分析单个下颌磨牙缺失时不同设计的种植修复的种植体-骨界面的应力分布情况。方法:采用三维有限元法。结果:与单个标准直径种植体修复相比,采用单个大直径种植体或双种植体修复单个缺失下颌磨牙均可使种植体-骨界面应力值大大降低;而采用单个大直径种植体修复单个缺失磨牙时骨界面应力值相对较小,以斜向加载时更为明显。结论:建议临床采用单个大直径种植体或双种植体修复单个缺失下颌磨牙。当颌骨颊舌径足够时,以大直径种植体修复为佳。

下颌第一磨牙牙体缺损修复的三维有限元力学分析

目的:对根管治疗的下颌第一恒磨牙髓室壁未破坏与部分破坏的两种最大远中牙合面牙体缺损充填,全冠与桩核全冠修复进行三维有限元应力分析,为临床修复方式的选择提供一定的理论依据。方法:通过三维激光扫描、三维造型设计技术,建立下颌第一恒磨牙髓室壁未破坏和髓室壁部分破坏的最大远中牙合面牙体缺损,银汞合金、复合树脂充填,镍铬合金全冠修复或铸造镍铬合金桩核全冠、金合金桩核全冠修复的三维有限元模型。观察4种载荷下牙本质Mohr应力分布,比较牙本质最大Mohr值。结果:在最大、垂直、斜向载荷下,两类修复牙本质最大Mohr值均明显小于牙本质拉伸极限强度。髓室壁牙体组织部分破坏的模型,在垂直、斜向载荷下,牙本质最大Mohr值为桩核全冠的小于充填全冠的,应力由充填全冠集中于冠边缘、牙颈部分散到根部。在水平载荷下,两类修复牙本质最大Mohr值均有急剧增加,接近或超过牙本质拉伸极限强度。结论:髓室壁牙体组织是否保留对修复后牙体的抗折力及修复方法的选择有重要影响。

下颌第一磨牙牙体缺损全冠修复的应力分析

目的:观察下颌第一磨牙根管治疗术后不同程度的远中面(distal occlusal简称DO)牙体缺损,在银汞合金或复合树脂修复后再用全冠修复的应力分析,了解牙体缺损程度对牙体抗折力的影响,比较两种修复DO洞是否有不同的影响。方法:通过三维激光扫描、三维造型设计建立下颌第一恒磨牙髓室壁未破坏的最小、中等、最大以及髓室壁部分破坏的最大远中面牙体缺损的三维有限元模型。观察4种模型4种载荷下牙本质Mohr应力分布,比较牙本质最大Mohr值。结果:在最大、垂直、斜向载荷下,两种修复体牙本质最大Mohr值均明显小于牙本质拉伸极限强度。在水平载荷下,两种修复体牙本质最大Mohr值均有急剧增加。银汞合金、全冠修复应力面积普遍大于复合树脂、全冠修复应力面积。牙本质最大Mohr值总的趋势复合树脂、全冠修复的大于银汞合金、全冠修复的。结论:在正常咬合下,下颌第一磨牙(36、46)DO牙体缺损髓室壁牙体组织未破坏,牙体预备体颊、舌侧厚度不少于1mm;髓室壁牙体组织部分破坏,牙体预备体舌侧厚度至少1mm、颊侧厚度至少2.5mm,临床可考虑用复合树脂、银汞合金修复再加全冠修复。在存在磨牙症情况下,应采取减轻力的措施。对较大面积牙体组织DO缺损且破坏到髓室壁的病例以复合树脂加全冠修复为好。

建立下颌角截骨整形手术三维有限元模型

目的为研究下颌骨截骨整形手术,建立生物力学相似性较高的无牙下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型。方法以颅颌面系统正常的女性青年志愿者为标本,用CT断层扫描,结合Solidworks和Ansys软件建模。采用只承受拉力的Link10单元模拟下颌韧带和咀嚼肌约束,采用接触单元对关节窝约束进行模拟。结果建立了包括颞下颌关节、肌肉和韧带的正常下颌骨三维有限元总体模型。可根据实验设计建立实验分模型。结论提高了模型的相似性,为进一步研究下颌角截骨整形奠定了基础。

下颌第一恒磨牙咬合应力分析

目的:分析在不同工况下下颌第一磨牙的应力分布变化,以期从学角度探讨咬合异常与牙裂综合征的关系。方法:选取一颗青年下颌第一恒磨牙数字化,应用ANSYS Workbench对其进行模拟加载,观察不同作用力大小、作用部位及作用方向下应力分布情况,分析比较不同工况下应力集中的差异。结果:加载部位的影响:当加载作用点处于近中颊尖顶及颊斜面时,牙本质内牙髓顶角部无应力集中;随着加载点逐渐由近中颊尖颊斜面移向中央窝方向,牙颈部应力集中区由近中颊颈部经由近中颈部转移至舌侧颈部,当加载点趋近于中央窝时,则在近、远中颊髓角和近、远中舌髓角以及近、远中颈部出现较为广泛的应力分布区;加载方向的影响:在颊尖顶不同方向加载时,应力集中主要出现在牙尖局部及牙颈部,而且加载方向与颈部应力集中变化方向一致。舌侧方向加载时髓室顶还出现小的应力集中点,总体表现为加载方向与牙体应力分布变化一致;加载强度的影响:加载强度增大时未见牙髓顶角有应力集中的现象。结论:下颌第一磨牙近颊尖局部加载方向和加载部位对其牙颈部和牙本质髓角处应力集中具有明显的影响,而加载大小影响不明显。