上颌牵引应力分布三维有限元分析及angle'sⅲ错牙合上颌前牵引临床矫治研究

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1、河北医科大学博士学位论文上颌牵引应力分布三维有限元分析及Angle'sⅢ错牙合上颌前牵引临床矫治研究姓名：胡骁颖申请学位级别：博士专业：外科学指导教师：董福生201204中文摘要上颌前牵引应力分布三维有限元分析及Angle7slII错雅止颌前牵引临床矫治研究摘要目的：在众多的III类错张矫治方法中，上颌前牵引是治疗Angle’slII骨性类错殆的有效手段，已经得到国内外学者的广泛认可。生长发育高峰前期进行上颌前牵引矫治可以较好的改善III类凹面型。多年来，国内外学者一直致力于提高前方牵引的矫治效果，不断探讨上颌前牵引的影响因素，改善上颌前牵引

2、矫治器装置，以期获得较好的骨骼变化，达到改善凹面型目的。牵引力方向、力值、施力位点都对牵引效果有影响。前牵引加载不当会造成牙移位和骨移动不等量，牙不协调移位和颌骨不当旋转，面中凹陷得不到有效改善。上颌前牵引方向、力值、牵引位点对颅面骨骼、骨缝、牙齿有怎样的影响，力学加载方式的不同对Angle’slII骨性类错牙合的矫治会有哪些影响，如何在矫治过程中根据骨性类错殆发生的部位判断加力方式，包括加力的大小、加力方向及施力点的位置是我们急需理清的问题。本文通过儿童头部标本铣切和CT扫描等手段，建立层厚O．1mm的儿童头部标本数据集；利用CT数据集，参

3、考铣切数据集，通过Mimics、Geomagic、ANSYS软件建立包含骨缝和牙齿的儿童颅面三维有限元模型；分析在腭中缝打开和非打开两种状态下，不同力值和不同牵引方向加载后，应力在颅面的各骨骼、牙齿的分布；分析面中份在不同工况前牵引作用下骨骼和牙齿变化；探讨上颌前牵引方向、力值以及扩弓等对应力分布影响与颌骨、牙齿变化的关系，为临床Angle’slII骨性类错牙合面中份发育不足前牵引矫治提供实验依据，以获得最大的骨骼效应，特别是可以引起面中1／3的上1／2全部向前移位，克服牙承力支抗丧失问题，防止上前牙唇倾代偿。方法：第一部分儿童头部标本薄层断

4、面数据集的建立1标本选择：头部标本由河北医科大学基础医学院解剖教研室提供。标本为男性，8岁，身高1．35米，体重27Kg，发育中等，无重大疾病及畸形。中文摘要2CT图像获取：冷冻24小时后标本进行头颅不螺旋CT扫描，获取体层影像。扫描间距均为0．625mm。共获368张CT图像，每张图像大小515K，共占空间大小185MB。数据以DICOM格式储存。3头颅标本铣切及数据采集3．1头颅标本铣切：根据标本铣切要求，设计特制的长方体形铝制模具用于容纳解剖标本与包埋剂，在两个侧壁上分别按对称位置加工定位杆的安放位置。5％的明胶溶液加粉红水彩染料充填定

5、位杆。调整冻硬的铣切标本的位置，尽量使标本位于模具内正中位置，周围以蓝色明胶冰块固定，保持铣切面与耳眦线一致。用3％的明胶溶液加食用蓝色染色剂作为包埋剂分8次填充蓝色明胶溶液，每次填充完毕后都将包埋容器放入．75℃的冰箱内使明胶凝固并冻硬。直至冷冻明胶液液面稍超过容器内的上定标线。标本容器整体置于．75℃低温库中，密闭冰冻30天至明胶包埋液完全冻结为一个明胶立方冰体。完成标本的冰冻包埋固定。在．13℃恒温的低温实验室中进行铣切。铣切层厚为0．1mm。3．2数据采集：采用佳能EOS．1DSMarHI数码摄像机获取标本的横断面解剖图像信息。焦距0

6、．60m；像素：4992×3328；数码相机获取的图像数据格式为．RAW(原始图像数据储存格式)，经格式转换为．PSD图像格式(标签图像文件格式)和．JPG格式(位图文件格式)。．4图像的分割和提取4．1头颅表面图像的分割和提取将获得的数据集图像导入photoshopCS310．0软件中，使用图像中各种处理工具进行全手工勾勒轮廓和分割颅面表面图像，将颅骨从杂乱背景中分割出来，统一换为黑色背景。4．2上颌骨、颧骨、下颌骨表面图像的分割和提取将4．1提取的黑背景头颅表面数据集图像导2k．photoshopCS310．0软件中，使用图像处理软件中各

7、工具进行全手工勾勒每一张图像中的上颌骨、颧骨、下颌骨轮廓，将上颌骨、颧骨、下颌分别从整个头颅图像中分割提取出来，另存。．第二部分单独定义骨缝的儿童颅面三维有限元模型建立l三维实体IGES格式的初建将所得DICOM数据文件依次在Mimics、Geomagic9．0中处理生成的中文摘要颅面骨骼、骨缝牙齿的3D模型，以IGES格式存储。包含结构如下：颅面骨骼一颅面所有骨骼；牙齿一中切牙和乳切牙、第一乳磨牙、第一恒磨牙；颅面骨缝—腭中缝、颧上颌缝、额上颌缝、颧额缝、颧颞缝。2ANSYS13．0软件中进行建模．将9个IGES格式文件按XYZ坐标系导入A

8、NSYS13．0软件。设置模型网格单元参数。腭中缝设想为打开与未打开时的两种状况。采用10节点四面体单元——SOLIDl87建模。网格大小的划分分为两个规格，四面体