不同結(jié)構(gòu)的托槽—黏結(jié)劑—牙齒的三維有限元模型分析

于渤　韓雪冬　韓丹

【摘要】目的通過(guò)構(gòu)建不同類型的底板結(jié)構(gòu)，分析不同結(jié)構(gòu)的托槽-黏結(jié)劑-牙齒的三維有限元模型將對(duì)粘接質(zhì)量上的影響。方法選取我院在2009年12月至2012年10月間接診的100例接受治療的牙齒矯正的患者。依照規(guī)定的托槽的尺寸，構(gòu)建托槽-黏結(jié)劑-牙齒系統(tǒng)的三維有限元模型，而后在模型上各個(gè)施加相同大小的三種外力，仔細(xì)探析這些底板上的應(yīng)力的分布及形變的情形。結(jié)果在拉力作用下，其托槽抗形變的性能最高，但是在扭轉(zhuǎn)力作用下，其托槽抗形變的性能是最差的；在剪切力作用下，其托槽抵抗損壞的能力最強(qiáng)，但是扭轉(zhuǎn)力最容易對(duì)界面的粘接產(chǎn)生破壞；對(duì)于構(gòu)建的三角形網(wǎng)底托槽，其固位的能力，還是比較好，但是菱形網(wǎng)底托槽就是比較差。結(jié)論對(duì)于要依據(jù)模型、加載力值、測(cè)試指標(biāo)的選擇托槽，而后進(jìn)行托槽形變的分析，這對(duì)以后的牙齒矯正的應(yīng)用具有價(jià)值意義。

【關(guān)鍵詞】底板結(jié)構(gòu)；托槽形變；模型選擇；三維有限元模型；臨床價(jià)值

臨床上，對(duì)于牙齒矯正常應(yīng)用于托槽，它是一個(gè)非常重大的傳導(dǎo)載體。臨床實(shí)施過(guò)程中，托槽粘接的牢固程度，將直接影響矯正齒矯的治療效果，其中金屬托槽由于其具有很高的表面能，常被選為托槽。由于金屬托槽與粘接劑的結(jié)合，最主要是一種機(jī)械性的結(jié)合。對(duì)此，一個(gè)好的底板設(shè)計(jì)，將直接關(guān)系著金屬托槽的粘接強(qiáng)度。本文嘗試應(yīng)用三維有限元模型方法構(gòu)建托槽-黏結(jié)劑-牙齒三維有限元模型進(jìn)行研究，以期為以后的臨床研究提供參考。

1資料與方法

1.1模型的建立選取我院在2009年12月至2012年10月間接診的100例接受治療的牙齒矯正的患者。本實(shí)驗(yàn)選用計(jì)算機(jī)數(shù)臺(tái)，所應(yīng)用的全自動(dòng)光學(xué)影像測(cè)量?jī)x的模型掃描設(shè)備。模型建立的軟件為Solidworks Office Premium 2007。應(yīng)用美國(guó)的ANSYS公司開發(fā)的ANSYSWorkbench12.1的有限元分析軟件，借此實(shí)施模型節(jié)點(diǎn)的劃分及和單元?jiǎng)澐?，同時(shí)實(shí)施力量加載的應(yīng)力分析。[1]

模型的建立。本實(shí)驗(yàn)依照光學(xué)測(cè)影儀檢測(cè)的托槽的尺寸，而后分別應(yīng)用以上的電腦軟件，進(jìn)而構(gòu)建托槽-黏結(jié)劑-牙齒系統(tǒng)的三維有限元模型，同時(shí)參照我國(guó)的牙齒所測(cè)量的平均值及嚴(yán)格規(guī)定的方絲弓托槽的數(shù)值，而后應(yīng)用Solidworks 2007軟件構(gòu)建托槽-黏結(jié)劑-牙齒系統(tǒng)的三維有限元的實(shí)體模型，進(jìn)而建立人體的上中切牙中的有限元模型。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行有效的邊界條件分析、實(shí)驗(yàn)加載、強(qiáng)制性約束三維平移及設(shè)置實(shí)驗(yàn)假設(shè)和材料力學(xué)參數(shù)等。[2]

1.2方法在構(gòu)建燕尾形、正方形、三角形和菱形網(wǎng)格底板結(jié)構(gòu)托槽的立體三維模型，施加10N的扭轉(zhuǎn)力，本文實(shí)驗(yàn)中采用MSC.Nastran軟件實(shí)施應(yīng)力分析與計(jì)算，同時(shí)仔細(xì)的計(jì)算和分析這三種加載條件下的托槽-黏結(jié)劑-牙齒系統(tǒng)中，每一個(gè)部分的應(yīng)用力的分布及位移變化的情形。

2結(jié)果

以上100例牙齒矯正患者經(jīng)過(guò)治療后，均取得較為理想的效果。在拉力作用下，其托槽抗形變的性能最高，但是在扭轉(zhuǎn)力作用下，其托槽抗形變的性能是最差的；在剪切力作用下，其托槽抵抗損壞的能力最強(qiáng)，但是扭轉(zhuǎn)力最容易對(duì)界面的粘接產(chǎn)生破壞；對(duì)于構(gòu)建的三角形網(wǎng)底托槽，其固位的能力，還是比較好，但是菱形網(wǎng)底托槽就是比較差。

3討論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速前進(jìn)，人們的物質(zhì)生活水平有著顯著的提升，在享受富足的物質(zhì)生活的同時(shí)，一些疾病也開始入侵我們健康的機(jī)體。牙齒的美觀是每一個(gè)人追求的，如何選用合適的托槽，將是本文重點(diǎn)討論的對(duì)象。

對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的托槽-黏結(jié)劑-牙齒的三維有限元模型的分析，就應(yīng)當(dāng)切實(shí)構(gòu)建模型，在構(gòu)建過(guò)程中，尤其要注意以下幾點(diǎn)：

3.1邊界條件由于本文實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注托槽-黏結(jié)劑-牙齒的三維有限元模型對(duì)粘接質(zhì)量上的影響，因此牙釉質(zhì)以外區(qū)域，這將對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的影響，這樣就能夠在牙體以外的區(qū)域，實(shí)施強(qiáng)制性約束三維平移。

3.2實(shí)驗(yàn)加載對(duì)于以上模型體外的粘接強(qiáng)度，要對(duì)本文實(shí)驗(yàn)中三種比較常應(yīng)用的去粘接的途徑，對(duì)這些模型實(shí)施不同力的加載。[3]

3.3實(shí)驗(yàn)假設(shè)和材料力學(xué)參數(shù)可以假設(shè)本文模型中的每一種材料及組織是持續(xù)、每一向同性的線彈性材料，材料一旦受力變形，就稱之為小變形，同時(shí)不同的材料間為完全性的粘接，對(duì)于粘接劑的層與模型的托槽、牙釉質(zhì)，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)。

綜上所述，對(duì)于要依據(jù)模型、加載力值、測(cè)試指標(biāo)的選擇托槽，而后進(jìn)行托槽形變的分析，這樣才能夠分析不同結(jié)構(gòu)的托槽-黏結(jié)劑-牙齒的三維有限元模型的具體性能，對(duì)這些底板的應(yīng)力分布及形變情形的分析，設(shè)計(jì)中的三角形網(wǎng)底托槽的粘接性能表現(xiàn)的不錯(cuò)，但是菱形網(wǎng)底的托槽中的固位性能就比較差。這對(duì)以后的牙齒矯正的應(yīng)用具有較大的臨床價(jià)值意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李磊，齊素青.三種正畸粘結(jié)劑與不同材質(zhì)托槽粘結(jié)強(qiáng)度的體外對(duì)比研究[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)藥雜志，2012（01），19（09）：129-131.

[2]趙弘，劉洪臣，顧曉明；骨皮質(zhì)厚度及植入角度對(duì)支抗種植釘影響的三維有限元分析[J].口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志，2010，17（01）：169-171.

[3]楊亞囡，李洪發(fā)，房伯君.正畸托槽粘接應(yīng)力的三維有限元研究[J].天津醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，12（01）：232-233.