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1、 颊侧多曲簧矫治器有限元模型的建立 作者：刘洋 侯录 徐实谦 刘一志 【摘要】背景 颊侧多曲簧是一种新型的治疗乳、替牙期Angle类错牙合畸形的活动矫治器，其在推上颌骨向前促进其发育的同时，抑制下颌的过度向前发育。目的 探讨颊侧多曲簧活动矫治器有限元模型的建立方法。方法 用ANSYS有限元软件建立颊侧多曲簧的有限元模型。结果 成功建立了颊侧多曲簧的有限元模型。结论 本研究用有限元软件对颊侧多曲簧矫治器进行有限元模型的建立，为进一步力学分析和优化设计提供可靠途径。 【关键词】颊侧多曲簧 有限元分析 三类错牙合 【Abstract】Background: Buccal multiloop remo
2、vable appliance is a novel ia primarily used to treat Angle malocclusion at milk teeth and mixed dentition ,it can promote maxilla development and inhibit mandible excessively forward : To develop a method to construct finite element model of buccal multiloop removable appliance .Methods: Constructi
3、on of ensional finite element model of buccal multiloop with ANSYS softwareResults: To successful construct the Finite Element Model of Buccal MultiloopConclusions: By using the finite element analysis, we get the accurate and intuitionistic result. It provides theoretical foundation from mechanics.
4、 【Keywords】Buccal Multiloop Finite Element Analysis Class Malocclusion 有限元分析法作为一种有效的数学工具已广泛应用于口腔生物力学研究，其中建立形态逼真的三维有限元模型是获得可靠计算结果的关键。 颊侧多曲簧矫治器是一种新型的可全天戴用的活动矫治器（见图1）。主要用于乳、替牙期及恒牙早期的Angle错类错牙合畸形，其矫治机制是利用颊侧多曲簧柔和的弹力在推上颌骨向前促进其发育的同时，抑制下颌的过度向前发育，并使其功能性后退，解除反牙合1。与传统矫治器相比较，颊侧多曲簧活动矫治器在发挥一部分功能矫治器作用的同时还增加了颊侧多曲簧的
5、机械力量，以颊侧多曲簧的弹力形成近远中方向颌间交互支抗作用力，不单单作用于一个牙齿，而是对上下颌全牙列起作用。目前颊侧多曲簧已大量应用于临床，获得显著疗效。颊侧多曲簧矫治器在临床应用中，患儿戴用一个月左右，曲簧丝产生断裂，影响矫治效果，因此本实验用有限元软件对颊侧多曲簧矫治器进行有限元模型的建立，以便今后研究颊侧多曲簧活动矫治器在临床加力后的应力分布情况并对其进行力学分析，得出应力值分布、最大应力区域，为颊侧多曲簧活动矫治器的使用和改良提供进一步的力学依据。 图 1 颊侧多曲簧矫治器 1 材料与方法 对象 选择来矫治的处于生长发育期，经X线头颅侧位片头影测量分析诊断为功能性或骨性Angle类错
6、牙合畸形的患者。 纳入标准 双侧第一磨牙为近中关系，至少4个前牙反牙合，面部无外伤史，按国务院医疗机构管理条例规定，患儿或监护人均知情同意2 。 实验材料 曲簧丝（国产医用不锈钢丝 上海齿科医械厂），自凝牙托粉，牙托水ANSYS有限元软件本实验以左侧多曲簧为实验样本（见图2） 图 2 左侧多曲簧 2 结果 建立颊侧多曲簧矫治器的有限元模型 本文的主要任务是从高精度的医学图像数据出发,建立多曲簧的几何结构模型,以便今后进一步进行相关的力学分析研究3。在对牙齿矫正器进行有限元分析前，为了减少不必要的计算，需要对所研究的颊侧多曲簧矫治器的结构进行前处理。由于上下颌托的部分与曲簧丝相连，可以认为是刚体
7、，所以颌托部分可以在有限元模拟过程中省去，只研究颊侧多曲簧矫治器中易受损的金属部分。 模型的建立与导入 按照ansys的建模原则，由关键点连成线，由线生成面，由面生成体。这一方法的特点是，将标本的几何形状数字化，在计算机技术的辅助下实现了全程数字化操作4。本实验模型可以在ansys workbench中直接建立，也可以选用其他的CAD软件画出。这样会使模型的建立过程更简单，很大程度上提高了建模的精度、速度,为口腔医师直接参与有限元的研究提供一个有效的方法5。常用的CAD软件有UG、ProE、Catia等，本文选用Catia软件按照实物1:1的比例建摸。效果如图3： 图 3多曲簧模型 定义单元属
8、性与网格划分 有限元法的基本思想是把复杂的形体拆分为若干个形状简单的单元，利用单元节点变量对单元内部变量进行插值来实现总体结构的分析，这种将连续体进行离散化称之为网格划分。离散而成的有限元集合将替代原来的弹性连续体，所有的计算分析都将在这个模型上进行，因此实体单元的选择和网格划分是有限元最关键的一步。 对于有一限元分析来说，网格划分是其中最关键的一个步骤，网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度。在ANSYS软件中网格划分有以下几种方法：（1）自由网格划分；（2）映射网格划分；（3）拖拉、扫略网格划分；（4）混合网格划分，等。 本文采用正六面体中的映射网格划分方式，将所研究的实体进行网格划分，
9、将其划分为35687个节点和7727个单元。如图4所示： 图 4网格划分 根据临床经验可知，破坏部分往往出现在头尾两部分第一个圆环处，为了能让结果更精确，对上述部分划分更细致（见图5）。 图 5曲簧曲 3 讨论 本章应用ANSYS有限元模拟软件，建立了颊侧多曲簧矫治器的三维有限元模型，为进一步力学分析和优化设计提供可靠研究途径。 参 考 文 献 1 何志伟，侯录，赵一松，等.颊侧多曲簧活动矫治器的设计与应用J.中国组织工程研究与临床康复，2017，12（39）：7631-7635 2 中华人民共和国国务院.医疗机构管理条例OL. 1994-09-01. 3 张文, “基于ANSYS研究人体膝关节生物力学模型”,硕士, 苏州大学, 2017. 4 李宏斌, “下颌双侧游离端冠内精密附着体义齿的三维有限元模型的建立”天津医科大学学报, pp. 261-269, 2017. 5 周冰,“下颌第二前磨牙桩冠三维有限元模型的构建CT技术与Matlab及Pro/E软件的应用”中国临床康复, pp. 86-292, 2017.1 / 1
