舌侧矫治器关闭间隙上前牙牙周膜应力变化的三维有限元分析

目的:利用已有的舌侧矫治三维有限元模型并进行加力运算,分析个体化舌侧矫治滑动法关闭上颌拔牙间隙阶段,在颊、腭侧不同力值、不同加力组合方式加力时,上前牙的牙周膜应力分布规律,指导临床应用.方法:建立舌侧矫治三维有限元模型,在ANSYS 11.0软件中分别模拟:(1)上颌第二磨牙作为支抗牙进行单独颊侧加力 (力值0.75 N、1.00 N、1.50 N) ;(2)单独腭侧加力(力值0.75 N、1.00 N、1.50 N) ;(3)颊、腭侧同时加力(颊侧加力 1.00 N +腭侧加力0.50 N、颊侧加力0.75 N +腭侧加力0.75 N、颊侧加力0. 50 N +腭侧加力1.00 N),分析3种加力方式下上前牙牙周膜的最大主应力、最小主应力和von Mises应力的峰值及分布.结果:(1)单纯颊侧加力时(0.75 N、1.00 N、1.50 N)最大主应力:初始,在侧切牙牙周膜唇侧颈部及尖牙牙周膜腭侧及远中颈部均受压应力,随着加力增大,压应力值及牙周膜受压应力范围增大.最小主应力:初始,在侧切牙牙周膜腭侧颈部及尖牙近中颈部受拉应力,随着加力增大,拉应力值及牙周膜受拉应力范围增大,在中切牙的近、远中颈部牙周膜也出现拉应力区.von Mises应力:初始,牙周膜受应力区集中体现的部位为侧切牙唇、腭侧颈部及尖牙远中颈部,随着加力增大,应力值及牙周膜受力范围向根方扩大,最终,尖牙近中颈部牙周膜也出现应力集中区.(2)单纯腭侧加力(0.75 N、1.00 N、1.50 N)最大主应力:初始,尖牙牙周膜远中偏腭侧颈部,及侧切牙远中偏颊侧和腭侧颈部的牙周膜受压应力,随着加力增大,压应力值及牙周膜受压应力范围增大.最小主应力:初始,侧切牙远中邻面颈部及尖牙近中邻面颈部受拉应力,随着加力增大,拉应力值及牙周膜受拉应力范围增大.von Mises应力:初始,牙周膜受应力区集中于尖牙腭侧及近远中邻面偏腭侧的颈部,随着加力增大,应力值及牙周膜受力范围增大,最终在尖牙牙周膜颈部腭侧远中处出现了应力集中区.(3)颊腭侧同时加力时:最大主应力:压应力一直应力集中于尖牙远中偏腭侧颈部牙周膜.最小主应力:拉应力的应力集中区在颊侧加力大于腭侧加力时为侧切牙腭侧颈部牙周膜,随腭侧加力的增大,拉应力应力集中区转移到尖牙牙周膜的近中颈部.von Mises应力:颊腭侧同时加力,牙周膜所受的综合应力较单纯颊(腭)侧加力小.结论:单纯颊侧加力关闭拔牙间隙时,侧切牙及尖牙牙周膜为主要应力集中区,应力大小和范围随施力增大而增大;单纯腭侧加力关闭拔牙间隙时,尖牙牙周膜为主要应力集中区,当力值增大过程中,应力大小和范围增大;采用颊、腭侧不同加力方式组合,压应力的应力集中点均在尖牙远中牙周膜区域,拉应力的应力集中区颊侧加力大于腭侧加力时出现在侧切牙腭侧颈部,随腭侧加力力值增大转移到尖牙近中;综合应力分布情况下颊侧加力1.00 N+腭侧加力0.50 N时,牙周膜应力分布更为均匀,同时应力水平最小.