不同结构的托槽—黏结剂—牙齿的三维有限元模型分析

于渤　韩雪冬　韩丹

【摘要】目的通过构建不同类型的底板结构，分析不同结构的托槽-黏结剂-牙齿的三维有限元模型将对粘接质量上的影响。方法选取我院在2009年12月至2012年10月间接诊的100例接受治疗的牙齿矫正的患者。依照规定的托槽的尺寸，构建托槽-黏结剂-牙齿系统的三维有限元模型，而后在模型上各个施加相同大小的三种外力，仔细探析这些底板上的应力的分布及形变的情形。结果在拉力作用下，其托槽抗形变的性能最高，但是在扭转力作用下，其托槽抗形变的性能是最差的；在剪切力作用下，其托槽抵抗损坏的能力最强，但是扭转力最容易对界面的粘接产生破坏；对于构建的三角形网底托槽，其固位的能力，还是比较好，但是菱形网底托槽就是比较差。结论对于要依据模型、加载力值、测试指标的选择托槽，而后进行托槽形变的分析，这对以后的牙齿矫正的应用具有价值意义。

【关键词】底板结构；托槽形变；模型选择；三维有限元模型；临床价值

临床上，对于牙齿矫正常应用于托槽，它是一个非常重大的传导载体。临床实施过程中，托槽粘接的牢固程度，将直接影响矫正齿矫的治疗效果，其中金属托槽由于其具有很高的表面能，常被选为托槽。由于金属托槽与粘接剂的结合，最主要是一种机械性的结合。对此，一个好的底板设计，将直接关系着金属托槽的粘接强度。本文尝试应用三维有限元模型方法构建托槽-黏结剂-牙齿三维有限元模型进行研究，以期为以后的临床研究提供参考。

1资料与方法

1.1模型的建立选取我院在2009年12月至2012年10月间接诊的100例接受治疗的牙齿矫正的患者。本实验选用计算机数台，所应用的全自动光学影像测量仪的模型扫描设备。模型建立的软件为Solidworks Office Premium 2007。应用美国的ANSYS公司开发的ANSYSWorkbench12.1的有限元分析软件，借此实施模型节点的划分及和单元划分，同时实施力量加载的应力分析。[1]

模型的建立。本实验依照光学测影仪检测的托槽的尺寸，而后分别应用以上的电脑软件，进而构建托槽-黏结剂-牙齿系统的三维有限元模型，同时参照我国的牙齿所测量的平均值及严格规定的方丝弓托槽的数值，而后应用Solidworks 2007软件构建托槽-黏结剂-牙齿系统的三维有限元的实体模型，进而建立人体的上中切牙中的有限元模型。在此基础上，进行有效的边界条件分析、实验加载、强制性约束三维平移及设置实验假设和材料力学参数等。[2]

1.2方法在构建燕尾形、正方形、三角形和菱形网格底板结构托槽的立体三维模型，施加10N的扭转力，本文实验中采用MSC.Nastran软件实施应力分析与计算，同时仔细的计算和分析这三种加载条件下的托槽-黏结剂-牙齿系统中，每一个部分的应用力的分布及位移变化的情形。

2结果

以上100例牙齿矫正患者经过治疗后，均取得较为理想的效果。在拉力作用下，其托槽抗形变的性能最高，但是在扭转力作用下，其托槽抗形变的性能是最差的；在剪切力作用下，其托槽抵抗损坏的能力最强，但是扭转力最容易对界面的粘接产生破坏；对于构建的三角形网底托槽，其固位的能力，还是比较好，但是菱形网底托槽就是比较差。

3讨论

随着社会经济的快速前进，人们的物质生活水平有着显著的提升，在享受富足的物质生活的同时，一些疾病也开始入侵我们健康的机体。牙齿的美观是每一个人追求的，如何选用合适的托槽，将是本文重点讨论的对象。

对于不同结构的托槽-黏结剂-牙齿的三维有限元模型的分析，就应当切实构建模型，在构建过程中，尤其要注意以下几点：

3.1边界条件由于本文实验重点关注托槽-黏结剂-牙齿的三维有限元模型对粘接质量上的影响，因此牙釉质以外区域，这将对结果不会产生过大的影响，这样就能够在牙体以外的区域，实施强制性约束三维平移。

3.2实验加载对于以上模型体外的粘接强度，要对本文实验中三种比较常应用的去粘接的途径，对这些模型实施不同力的加载。[3]

3.3实验假设和材料力学参数可以假设本文模型中的每一种材料及组织是持续、每一向同性的线弹性材料，材料一旦受力变形，就称之为小变形，同时不同的材料间为完全性的粘接，对于粘接剂的层与模型的托槽、牙釉质，不会出现滑动。

综上所述，对于要依据模型、加载力值、测试指标的选择托槽，而后进行托槽形变的分析，这样才能够分析不同结构的托槽-黏结剂-牙齿的三维有限元模型的具体性能，对这些底板的应力分布及形变情形的分析，设计中的三角形网底托槽的粘接性能表现的不错，但是菱形网底的托槽中的固位性能就比较差。这对以后的牙齿矫正的应用具有较大的临床价值意义。

参考文献

[1]李磊，齐素青.三种正畸粘结剂与不同材质托槽粘结强度的体外对比研究[J].中国现代医药杂志，2012（01），19（09）：129-131.

[2]赵弘，刘洪臣，顾晓明；骨皮质厚度及植入角度对支抗种植钉影响的三维有限元分析[J].口腔颌面修复学杂志，2010，17（01）：169-171.

[3]杨亚囡，李洪发，房伯君.正畸托槽粘接应力的三维有限元研究[J].天津医科大学学报，2010，12（01）：232-233.