人体下颌第一双尖牙的结构力学研究

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1、人体下颁第一双尖牙的结构力学研究赵曦(德阳市人民医院口腔科618000)【摘要】目的研究牙髓腔内径大小的改变对牙移动及牙周组织应力分布的影响。方法建立6种不同髓腔内径的下颂第一双尖牙模型进行比较。分别是①髓腔钙化后髓腔；②髓腔大部分钙化，向内缩减0.5mm;③髓腔小部分钙化，向内缩减0.25mm;④正常牙髓腔；⑤髓腔小部分吸收，向外扩展0.25mm;⑥髓腔大部分吸收，向外扩展0.5mm。加载垂直力160N，计算牙周应力分布及牙的位移。结果在牙齿中央窝垂直加载下，从没有髓腔到髓腔逐渐增大，牙周应力分布与牙齿最大初始位移均增大。结论

2、髓腔内径的改变对下颂第一双尖牙牙周应力分布及位移的改变有明显影响，随着髓腔内径的扩大其牙体牙周组织应力及位移均相应增大。【关键词】下颂第一双尖牙结构力学应力分布位移三维有限元【中图分类号】R782【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2014)13-0292-02牙齿作为人体中重要的发挥咀嚼功能承载器官，力学结构为空管厚壁。通过三维有限元可研究关于牙体及牙周组织的受力状况和应力分布以及牙折裂的可能性［1-4］。木实验应用结构力学的方法，建立三维有限元模型来研究牙髓腔内径改变对牙及牙周应力分布及位移的影响，下颌第一双尖牙

3、位于牙弓转折处，具有前牙切割功能和后牙的研磨功能，其牙体组织和牙周膜異有极大的极限应力，同时其解剖组织、几何结构兼其前后牙的特点，研宄下颂第一双尖牙的结构力学现象对于了解牙列前牙及后牙具有重要的意义。故木文选择下颂第一双尖牙进行结构力学研究，进而评估牙齿的稳定性及脱位风险。1材料和方法1.1下颂第一双尖牙三维实体模型的建立本模型的建立是基于正常人干颅的CT横断位扫描获得的影像数据。用美国GE公司的64排lightspeedVCT对整个头颅模型标本进行连续扫描。螺旋扫描间距为0.5mlTI,以DICOM格式存储影像数据。将CT图片

4、导入三维图像处理软件Mimics（比利吋Materialise公司）建立下颌第一双尖牙的几何模型，之后导进逆向工程软件RapidForm进行光滑处理后，以IGES格式导出。在有限元软件ABAQUS中建立上颂骨模型。然后把这些模型在ABAQUS进行拼装，根据下颌第一双尖牙实际植入上颌的深度，建立起完整的模型，并根据需要施加相砬的载荷、约束,以及划分网格。1.26种不同髓腔结构的下颌第一双尖牙模型的建立为比较正常牙合力下髓腔大小的改变对牙及牙周组织应力分布的影响，建立了6组不同的下颌第一双尖牙模型进行计算比较。A:牙髓腔钙化，无牙髓

5、腔；B：牙髓腔大部钙化，即正常牙髓腔向内缩减0.5mm；C：牙髓腔小部钙化，即正常牙髓腔向内缩减0.25mm；D：牙髓腔正常；E:牙髓腔小部吸收，即正常牙髓腔向外扩展0.25mm；F：牙髓腔大部吸收，即正常牙髓腔向外扩展0.5mm。1.3材料特性与网格划分依据临床情况与生物材料特性，模型被区分为骨皮质、骨松质、牙釉质、牙本质、牙髓腔和牙周膜。由于相关生物材料的基础研究尚不能提供各种组织材料的本构方程，因此本模型中的各种材料都均假设为均质、各向冋性的线弹性材料。各种牙体牙周生物材料的弹性模量和泊松比如表1所示。由于本模型中下颂骨和

6、牙齿等的几何形状不规则，完全划分成六面体或五面体非常困难,故采用ABAQUS的自由网格划分方式，对模型各部分都采用C31N单元（4节点四面体单元）来划分。在划分网格之前设置有限元单元的尺寸控制，对牙根及其周围上颂骨组织进行网格细化。模型被划分为61572个单元。1.4约束与载荷的处理模型的约束条件是牙槽骨底面和侧面被完全约束。选取160N垂直加载方式来模拟牙齿行使功能时的受力。1.5应力应变计算采用Mimics软件和ABAQUS软件，计算机上完成应力应变计算，输出数据按基础座标系输出带点的应力、位移。2结果在牙齿中央窝垂直加载的

7、情况下，由表1可见，随着髓腔的逐渐扩大，牙颈部颊侧的VonMises应力明显增大。牙本质的第一主应力集中在牙齿中央窝上方牙本质和牙髓腔交界的地方，此处为拉应力区域，应力集中向牙齿舌侧和颊侧逐渐减小，同吋也向中央窝方向逐渐减小，而在牙根颊侧外表面出现压应力集中区。随着髓腔的逐渐扩人，牙本质与牙髓腔交界处的高应力区域逐渐增人，牙本质中的第一主应力也逐渐增大。冋样，在垂直加载吋，随着牙髓腔的扩大，牙齿的位移逐渐增大，稳定性也减小（表2）表1下颌第一双尖牙中央窝垂直加载吋牙颈部应力峰值Table1Thepeakstressofdenta

8、lcervixloadingoncentralfossaofmandibularfirstbicuspidtoothverticallyA：牙髓腔钙化，无牙髓腔；B:牙髓腔大部钙化，即正常牙髓腔向内缩减0.5mm；C：牙髓腔小部钙化，即正常牙髓腔向内缩减0.25