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下颌固定义齿的三维有限元模型的建立

2005-12-15 17:12  来源:
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       固定义齿(Fixed partial denture,FPD)是牙列缺损修复的主要手段之一,对其在咬合运动中的生物力学性质进行分析研究至关重要,有限元法(Finite element method,FEM)是一种从工程结构分析发展起来的求解连续介质力知识题的数值分析方法,现已成为口腔生物力学研究的重要手段之一,但其建模的方法因受制于应用App的开发与进步。本文采用螺旋CT扫描及三维影像重建技术与三维有限元应力分析方法(Three-dimensional finite element method,3-D FEM)相结合,建立较理想的下颌后牙固定义齿
的三维有限元模型,为研究基牙、修复体及颌骨的应力变化及分布规律建立基础。
       选择牙列完整,咬合关系正常,无明显牙周疾患及牙槽骨吸取,无后牙牙体缺损及明显磨耗的身体健康的成年男性志愿者1例。被检测对象取仰卧位,颏部抬高,头部固定。戴用预先制做的咬合板,使被测者微张口,避免上下牙列接触。采用Philip Tomoscan SR7000型CT扫描机进行扫描,确定被测者左下颌前磨牙的咬合平面,使扫描截面尽可能与牙齿长轴垂直,自牙尖开始至下颌骨下缘做连续横断超薄扫描。再对其进行后处理,层厚为lmm,最终得到39幅二维扫描断层图像,利用DICOM3.0App将扫描图像转换为BMP格式,将图像连同原始的DICOM格式记录下来并存入计算机。

        在计算机中确定建模层间距为lmm,CT扫描图像中的各种组织结构具有不同的灰度值,  用OUTLINE图像处理App,按照图像的不同灰度自动以线条勾画出牙齿及颌骨等结构的二维断层外形轮廓。然后,用POINTSApp将各种组织的轮廓线条进行封闭,同时在各层及各个组织部位确定起始点并按方向及精确度将这些线条用多个点表示出来。这时,将建立模型不需要的部分删除,保存上左4与左6以及左5的牙冠部分,并将这3个牙冠连接起来组成双端固定桥的外形。计算机根据这些点的坐标将图形转化为数据文件,转入模具设计AppUnigraphicsl6(UG16)中,将各种牙齿组织区域和下颌骨的系列图形按坐标组合起来,  从而获得了下颌固定义齿和下颌骨的三维空间外形。将建立起来的三维空间模型数据导入有限元分析AppMentat3.2  (MARCAnalysis Res-earch corporation),对模型进行自动与手动网格划分并根据要求设定材料特性、边界条件等,获得了下颌固定义齿和下颌骨的三维有限元模型。为了提高计算速度,大家在建立有限元模型时,删除了多余的部分,仅保留了右侧下颌固定桥及其下的牙槽骨部分。选取下颌骨的外层单元(1—2mm)作为皮质骨,内层单元作为松质骨,符合欧阳官等的颅骨标本测量资料。将牙根的各面均匀向外扩
展0.2mm作为牙周膜单元。牙冠外层作为修复体的固位体和桥体,固位体与基牙完全密合,经粘接后成为整体。模型中的材料和组织假设为连续的、均质的、各向同性的线弹性材料。边界条件可根据研究方法对其边界进行不同方向的限定,各截面之间均不产生相对滑动。

       2.结果
          通过凹惭层扫描影像,应用计算机图象分析系统和有限元App建立了包括牙体,固定修复体以及下颌骨的三维有限元模型,模型具有良好的生理形态,能够良好地模拟口腔颌面组织的形态,结构及生理运动且形态逼真,各部分结构清楚,与实体真实结构具有良好的几何相似性。建成后的模型共有单元4740个,节点5697个,全部采用8节点的六面体单元,模型可以根据需要任意进行旋转、缩放、透视、剖开等多种方式观察,可以提出组成模型的不同面和体来观察某一部分的情况,还可以按照不同的研究目的和要求删除和添加材料或组织。
  
        3.结论

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编辑: 孙昕

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