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1、 原创性声明本人声明:所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己 经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人或集体均己 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 着 明 左日期:2 0 0 3 年 s 月关于论文使用授权的说明本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有关机构可以公布论文的全部或部分内 容。可以采用影印、缩印或其它复印手段保存论文。论文作者签名:日 期:2
2、 0 0 3 年指 导 教 师 签 名.I A么日期:2 0 0 3 年5月冬州吉林大学硕士学位论文提要实验目 的:本研究的目 的是为临床治疗游离端义齿设计寻找一种适于维护口 颇系统功能健康的修复方式提供理论依据， 从而指导临床设计。材料与方法:1 建立肯氏I I 类游离 端牙列缺损的 三维有限 元数学模型。2建立单端固定桥和套筒 冠可摘义齿的三维有限元数学模型。3对不同两种设计方式进行加载 1 0 0 N ( 垂直与侧向6 0 0 载荷)实验，记录实验数据。实验结果:建立了肯氏I I 类游离端牙列缺损的三维有限元数学模型。2建立了二种游离端义 齿设计的 三维有限元模型。3对不同 两种设计方式
3、进行加载实验 ( 垂直与侧向6 0 0 载荷) ，记录在垂直向与侧向 6 0 0 载荷的作用下两种修复设计的应力分布图形及数据 。实验结果表明:采用三维有限元方法建立的肯氏11 类牙列缺损的 数学模型能较精确的反映其在生理功能条件下的 应力分布情况。吉林人学硕 卜 学位论文2采用单端固定桥修复肯氏I I 类游离端牙列缺损的设计，对双基牙均会产生较大的扭力一 即对基牙牙周支持组织的损伤较大。但对桥体下的粘膜和下方的牙槽骨的压应力较小。3采用缓冲式套筒冠修复肯氏I I 类游离端牙列缺损的设计，对双基牙产生的扭力明显减少，特别是对于侧向力的缓冲作用更为明显。这利于维护基牙及其牙周支持组织的健康。 同
4、时，义齿下 u 膜与下方牙槽骨承受的压应力增加则较为明显。实验结论:1 、 用有限元方法可以较好的模拟和分析口腔内力学构件的生物力学特点，是一种可靠的口腔生物力学研究手段。2 , 套筒冠方法修复游离端牙列缺损设计时其应力分布， 特别是对基牙、基牙周膜、牙槽骨的病理性应力明显减少，这对于保护基牙和基牙牙周支持组织有重要意义。其结论可为临床上游离端牙列缺损的患者，特别是患有轻度牙周疾病的患者进行适宜的义齿设计提供了理论指导。吉林大学倾 : 学位论文0 i1舌目前， 对于游离端义齿的设计多选用可摘局部义齿的方式，但由于游离端牙列缺损的特殊性，至今仍然是临床上较为棘手的修复问题之一。以往，临床上针对游
5、离端牙列缺损的修复方法则多选用可摘局部义齿或种植修复。但在有些病例不适合采用活动义齿修复或不能承受种植义齿修复，这样的患者往往采用单端固定桥修复。但由于单端固定桥本身的力学性质决定了它是一种不利于基牙及基牙支持组织的一种修复方式。随着口 腔修复学和材料工艺学的发展，套筒冠修复方法逐渐被大家认识并接受。套筒冠固位体的研究与临床应用已有较长的历史 P e e s o在 1 9 2 4年就在临床上应用套筒冠作为可摘局部义齿的固位装置。 此后， 在3 0 年代又有多位学者将其应用于可摘局部义齿的设计中。近年来，随着材料学与口 腔技工工艺学的迅速发展，到 5 0年代末此种修复方法已有较为广泛的应用。 套
6、筒冠， 又称双套冠，是固定一 可摘义齿的一种。可用于覆盖义齿、种植义齿和可摘义齿的固位体，在国外已受到广泛的应用，随着新的应力分析方法的应用，人们对套筒冠的力学分布 性 质的 研 究日 趋 深 入 2 . 3 占林大学硕 卜 学位论文P e z z o l i 等!4 用反射光弹法比 较了 单侧受力的 几种双侧游离端部分可摘义齿的支持组织应力分布，在相同的载荷下，套筒冠义齿对支持组织产生的 应力最小，应力随负荷增加而呈正比例增加:等斜线分析、主应力分析表明套筒冠以金属覆盖的基牙为支持和固位装置，基牙牙周应力随颇力增加而增加，在高负荷工况下其支持方式可转化为混合式支持一即基牙与勃膜共支持式。但也
7、有学者提出 不同意见，张富强5 . 6 等的电 测法表明套筒冠义齿基牙牙周产生的偏心力的作用较小且压力较小，而缺牙区应力较大。为了减少咀嚼过程中产生的侧向力，圆锥形套筒冠将内冠平行壁改为 4 - 8 度的圆锥形，并通过调节锥体内聚角度来调整固位力7 1 。圆锥形套筒冠 可摘义齿对下领末端游离端缺失患者修复后的 领力分配的 研究中， O g a t a等证实:当负荷加载点越接近游离端远中，在基牙上所分配到的领力越小，当加载在前牙时，基牙所分配的领力增加，通过义齿传递到基牙的垂直力与侧向力二者之间无明显差别。实验结果提示该修复方法用于牙列末端游离缺失，可大大减少基牙的病理性扭力8 - 10 1 。
8、 张富强等6 1 以 有限元分析法研究了 应用圆锥形套筒冠义齿设计修复游离端牙列缺损病例中支持组织的应力分布情况，发现套筒冠具有重新分配领力的作用，可明显减少基牙1L 林大学硕上学位论文负荷，减轻缺牙区基牙所受的病理性损害力，利于基牙牙周组织与 剩 余牙 槽 骨的 健 康 1 1 . 12 三维有限元是目 前研究口腔修复体及其相关支持组织应力分布的较为有效的方法。三维有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连结在一起的单元组合体。由于单元能按不同的连结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。有限单元法作为数值分析方法的一个重要
9、特点是利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知 场函 数。 单 元内 的 近 似函 数 通常由 未 知 场函 数或 及 其导 数 在单元的各个结点的数值和其插值函数来表达。这样一来，一个问题的有限元分析中，未知场函数或及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量( 也称自由 度) ， 从而使一个连续的无限自由度问 题变成离散的有限自由度问题。一经求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。显然随着单元数目 的增加，也即单元尺寸的缩小，或者随着单元自由 度的增加及插值函数精度的提高，解的近似程度将不断改进，如果单元是满足
10、收敛要求的，近似解最后就将收敛于精确解。占林大学硕士学位论文材料与方法一、三维有限元分析软件采用美国 A N S Y S公司研发推出的 S S A P ( 9 3 )软件，这是一个专门用于有限元分析的C A D系统。 采用此软件进行模型的建立与计算分析和应力分布图的生成。二、三维有限元模型的建立:1模型的三维定向:S u p e r D r a w I I 的默认视图是X Y 平面; 而z 轴垂直于屏幕( 正方向向外) 。2模型中的颜色，组和层:采用使用不同的颜色，组，和层不同的颜色和组代表特性和 不 同 应 力 值 fg l3 建立三维数学模型:1 ) 数据采集采用 C T断层扫描技术，截面
11、几何形状精确，从医大二院获得病人下领骨及义齿真实的 C T片，然后通过扫描仪扫入图形。 再在P h o t o s h o p 软件中 打开该图， 为了 保证各层之间X , Y坐标不致错位，进行适当的坐标变换，使各层之间的数据一一对应。 在P h o t o s h o p中 把显示 标尺 设置成l c m ， 放 大图 形， 显6吉林大学t, ; 十学位论文示网格和标R，这样可以获得每层图形的外廓数据。由于标尺设置为l c m， 获得的数据精确到 I m m ， 有一位0 . 1 m m的估计值，误差取得极小，避免了数据两次操作误差很大的缺陷。2 )网格剖分有限元分析方法的基础是模型的建立，
12、 提高模型的相似性才能保证实验结果的准确性。对牙齿的三维分析，根据牙齿及骨的构造，选用实体单元 ( 即五、六面体)建立有限元模型。即在各层解剖轮廓图上选择节点，划分单元，尽量多采用六面体和五面体单元， 少用不稳定的四 面体单元，在应力较集中的区域划分较细密，其它区域较疏。具体作法是，把每层图形外廓都用四边形加以剖分，剖分部分尽量在图形轮廓 ( 包括轮廓)内，同时要保证轮廓内 尽量被剖分，即轮廓线内尽可能不留空白。 然后从最下面一层开始每层在Z方向增加O . i m m， 把Z方向对应点用直线连接起来，使之形成六面体或三棱柱体单元。在边界上某些特殊的节点， 例如上、 下层中某一层多出一部分，在此
13、既不可连成正六面体，也不可连成五面体，那么可以在较远的点加一条很短的直线 ( Z向) ，就可以 连成六面体单元，只是该六面体有一面为扭曲面，当扭曲程度很小时，A L G O R程序承认该单元。而月，由于牙齿形状是一个渐变的过程，这样占林大学顿 卜 学位论文处理不影响模型的精度。模型建成以后， 对各单元进行检查， 在计算机中输入较简单的受力情况，初步进行计算，然后用 A L G O R初始命令菜单栏中的I n q u i r e 命令逐步 进 行检查， 直到 确定 计算 机确 认每一 个单元为止。 模型建立正确、 相 似性较大， 计算结果才趋于准确2 3 1坐标系的选取:牙齿向上的方向为z 轴的
14、方向，取舌侧的方向为y的正方向，取远中的方向为x轴的正方向。3 )单元和节点的生成三维有限元模型的建立， 共生成了9 2 6 8 个单元，1 0 8 5 4 个节点，3 0 8 5 8 个等式，优化后的带宽为1 7 4 6 .4 )模型的实验条件假设人体生物组织的结构和力学性能复杂， 人们对其结构关系的认识还较粗浅。因此，在对其进行有限元分析建模时，往往要进行一定的简化，忽略其次要性质，针对与问题研究有关的主要因素，对模型进行以 下假设1 19 1 .I 连续性假设认为相同组织整个体积内部连续的分布，不存在间隙。这样可以进行无穷小量的分析假设。I I 均匀性假设认为同一组织内部所取的任意一小部
15、分单元的力学性质都是相同的。吉林大学d il i - 1 : 学位论文IR各向同性假设认为同一组织内部在各个方向土的力学性质都是相同的。W 线弹性假设认为同一组织的模型在受载荷的作用下，应力与应变的关系为线形关系，载荷去除后，构件的变形可完全恢复。V 小变形假设 认为同一组织在载荷的作用下变形，其变形量远远小于构形的尺寸。在研究构件平衡时，可以不计构件变形的影响，仍以变形前的尺寸进行计算分析。5 ) 边界条件假设下表是模型的 边界条件2 1 1 -单元号节点约束情况15 6 8平移/ 转动都受约束5 6 9 - 1 0 8 5 4转动方向受约束6 ) 加载情况在每个牙位上向z 轴负方向加载1
16、O O N力， 每颗牙面上有1 0 0个结点，每个结点承受1 牛顿的力2 2 1实验中的工况如下2 6 1 .1 、每个牙齿及义齿受一 z 方向的均布力1 0 0 n :2 、 每个牙齿及义齿受Y -Z 向6 0 度角方向的均布力I O Q N :吉林人学r y ; I : 学位论文7 )力学参数表:下领骨的皮质骨和松质骨等组织均假设为各向同性、均匀连续的线弹性材料1 1 5 。有关材料力学参数见下表， 重力加速度为9 8 1 0 m m / s 2 16 1 a弹性模量( E )泣 众幸 . + 卜 W. 卜吧胜 J飞 卜曰一 牙冠5 1 7 2 003一牙根8 6 2 00 . 3牙周膜6 . 8 90 . 4 5一 皮质骨1 3 7 0 00 . 3松质骨1 3 7 00 . 3钻铬合金2 1 7 0 00 . 38 )计算分析:采用美国A N A S Y S公司研发推出的S S A P ( 9 3 ) 软件，在P e n t i u m 4、1 .7 G / 8 0 G 、内存2 5 6
