球面托槽和传统托槽作用下口腔黏膜的生物力学研究

目的通过三维有限元分析在球面托槽以及传统托槽的作用下口腔黏膜的力学反应。方法建立上唇组织-中切牙-托槽的三维有限元模型。根据中切牙不同排列情况设计4个模拟案例,分析滑动的上唇组织分别在球面托槽以及传统托槽作用下的应力、应变情况。结果牙齿平齐时,球面托槽对口腔黏膜的最大应力较传统托槽大;切牙发生近中扭转15°、30°以及唇侧倾斜15°时,传统托槽情况下口腔黏膜最大应力均大于球面托槽最大应力。结论具有圆滑外形的球面托槽比方形传统托槽更契合牙列不齐正畸患者口腔软组织的功能运动,建议改善方形托槽的外形设计以降低口腔黏膜组织的力学反应。

基于ARIZ理论的正畸扳手创新设计

ARIZ是TRIZ理论里解决复杂问题的一套工具。针对正畸扳手出现咬死,应用ARIZ理论对扳手的内部结构问题进行创新设计。通过分析扳手咬死的主要原因,进行问题描述,建立系统功能模型,根据技术系统的问题所在,采用问题模型分析,定义描述最终理想解和物理矛盾,也运用扩展物质-场、聪明小人法,获得了8个概念解决方案。经过创新解评估,得到了最优方案1个,为扳手咬死问题的有效解决提供思路,充分验证了ARIZ理论在解决复杂问题上的有效性。

基于TRIZ理论的自锁托槽盖板防脱落的优化设计

为解决临床中自锁托槽盖板易脱落影响牙齿矫正效果与周期的问题,运用TRIZ原理对现有的托槽盖板与弹性部件构成的系统进行优化改进设计。首先对临床中自锁托槽盖板脱落现象进行问题描述、建立组件模型;采用因果分析剖析盖板脱落的原因;借助TRIZ理论中的技术矛盾、物理矛盾、物-场模型的技术创新原理和方法。共建立了14个有效改善临床中托槽盖板脱落问题的概念方案,其中理论可实行方案4个,为后续自锁托槽的研发提供新思路。

矫牙过程托槽致唇颊软组织非线性反应量化分析研究

牙齿正畸过程中,矫牙托槽的介入和滑动容易导致唇颊软组织出现较大反应,矫治初期常见软组织损伤和溃疡。口腔正畸医疗领域采用临床案例统计方法进行定性分析,缺乏生物力学机制的定量解释。为此,开展唇颊—托槽—牙齿的三维模型有限元分析,计算托槽引起的唇颊软组织的力学反应,其中涉及复杂耦合的接触非线性、材料非线性和几何非线性。首先,根据唇颊生物组成特点,优化选取二阶奥格登(Ogden)超弹性本构模型,对类脂肪材料的唇颊软组织进行表征。其次,根据口腔活动特点,建立托槽介入和正交滑动的两阶段仿真模型,并对关键接触参数进行优化设置。最终,采用整体模型—子模型的两层次分析方法,基于整体模型计算得到的位移边界,实现子模型高精度应变的高效求解。针对正畸过程中四种典型牙齿形态的计算结果表明:①软组织最大应变沿托槽尖锐边缘分布,与临床观测的软组织变形轮廓一致;②随着牙齿排齐,软组织的最大应变也随之减小,与矫治初期常见损伤和溃疡以及矫治后期患者不适感减轻的临床表现相符。本文的方法可为国内外口腔正畸医疗领域的相关量化分析研究提供参考,进一步有益于新型矫治装置的产品研发分析。

微型正畸装置形状记忆合金弓丝非线性止锁机制设计

目前研发的新型国产正畸装置中,托槽与形状记忆合金(SMA)弓丝之间的止锁机制是控制牙体精准矫正的关键。为满足临床治疗中的止锁力需求,止锁螺栓的紧固扭角及所需要的扭矩大小需要精准设计。为此,本文开展止锁机制的设计研究,分析紧固扭角与止锁力的对应关系,确定有效的扭矩值,其中涉及复杂耦合的接触、材料和几何非线性特征。首先,针对SMA弓丝的三点弯曲实验数据,开展基于参数正交实验设计的仿真分析,确定SMA超弹性材料参数。其次,建立螺栓旋紧和弓丝拉拔的两阶段精细有限元仿真模型,通过关键接触参数的优化设置,实现非线性分析收敛。最后,开展三种紧固扭角情况下的多组标定实验。本研究通过设计分析与标定实验的对比结果表明,各情况下止锁力的设计分析值与标定均值的偏差在10%以内,设计分析方法有效可靠。本研究最终确定临床应用的紧固扭角为10°,额定扭矩为2.8 N·mm。综上,本文所得关键数据可用于新型正畸装置的临床方案设计和后续机械优化,研究方法可为包含SMA材料的医疗器械受力分析提供有益参考。