基于微量力测量和数值模拟的埋伏阻生牙牵引导萌机理研究

The orthodontic treatment about impacted tooth is one of the most complex fields of orthodontic disciplines. This research in existence mostly focused on the orientation of impacted tooth and the treatment, but biomechanical mechanism on traction of impacted tooth is not clear, and the orthodontic treatment only rely on experience. The cases of impacted tooth are collected in the orthodontic clinic, and a database of three dimensional images is established .The long-term displacement of impacted tooth is measured by computer aided detection technology, and three dimensional representation of the tooth is investigated from the point of view of spatial kinematics. The instantaneous orthodontic traction of tooth and displacement under its are measured by a integrated measuring device. Material model of the periodontal ligament is established based on the optimization method. The real-time orthodontic traction of the appliance is solved by using the finite element method, and then the stress response of the periodontal tissues under orthodontic traction of the different impacted tooth typesis analyzed based on simulation. The least squares techniques and the neural network method are used to explore the correlation matrix between the stress response of periodontal ligament and teeth displacement, and the biomechanical model used to understand the mechanism of orthodontic traction of impacted tooth is established.

埋伏阻生牙的正畸治疗是口腔正畸学科最复杂的领域之一。以往的研究多集中于临床矫治层面上，对牙齿移动的生物力学机制认识并不清楚,临床正畸仅基于经验。本项目在口腔正畸门诊中收集埋伏阻生牙的病例，并建立三维影像数据库。通过计算机辅助检测技术测量埋伏阻生牙的长期位移，并从空间运动学角度探讨牙齿移动的三维空间表示方法。设计集成式测量装置，测量瞬时正畸牵引力和在其作用下的牙齿瞬时位移，并通过参数优化的方法确立牙周膜材料模型。用有限元法求取矫治器所产生的实时正畸牵引力，结合已获得牙周膜材料模型进行临床牵引状态的有限元仿真，分析不同情况的埋伏阻生牙在正畸牵引力作用下的牙周组织应力响应。采用最小二乘法和神经网络方法探索牙周膜应力响应与牙齿位移矩阵的相关性，并建立生物力学模型，初步明确牵引导萌治疗埋伏阻生牙的机理。

牙齿埋伏阻生是口腔正畸常见的错牙合畸形之一。以往的研究多集中于临床矫治方法上，对正畸矫治过程中埋伏尖牙移动的生物力学机制认识并不清楚，临床正畸仅基于经验。本项目采用理论建模、有限元模拟分析和实验研究相结合的方法，对埋伏阻生牙正畸牵引过程的仿真及其生物力学量化进行了深入的研究，为临床正畸提供理论依据。. 基于空间运动学计算了排牙前后的牙齿三维空间位移，提出了一种正畸牙齿位移测量和表示方法。采用计算机辅助光学测量技术和图像配准方法，建立了临床牵引状态的牙颌模型。根据正畸牵引附件的材料特性，计算了临床牵引力。. 对比格犬磨牙牙周膜进行了单轴拉伸实验，对尖牙牙周膜进行了纳米压痕实验。建立了一种能够准确描述牙周膜生物力学特性的粘-超弹性本构模型。根据本构模型形式，推导出迭代格式的本构方程和模型的Jacobian矩阵。针对本构模型是由V-W超弹性模型和松弛模型两部分组成，分别对这两部分模型参数进行识别。基于V-W模型及纳米压痕理论，推导出球形压痕下的载荷-压痕深度关系方程，通过对低加载率下的球形压痕实验数据进行曲线拟合，求解出V-W超弹性模型参数，利用建立的压痕蠕变模型对高加载率下的压痕蠕变数据进行拟合，获得蠕变参数，利用蠕变柔量与松弛模量的关系，求解出松弛模型参数。利用粘-超弹性模型对高加载率下的牙周膜压痕实验加载阶段进行数值模拟，从而验证所建立的粘-超弹性模型的正确性。. 采用理论分析和有限元仿真结合的方法研究了影响上颌埋伏尖牙矫治效果的因素。结果表明，埋伏尖牙的方位、牵引力的力值、牵引方向与埋伏尖牙长轴之间的角度是影响牵引效果的主要因素。根据临床正畸习惯，通过建立三维分型坐标系实现了上颌埋伏尖牙的三维影像分型。结合各分型受牵引后的牙齿移动特点，构建了适合不同上颌尖牙埋伏情况的生物力学分型，制定了矫治难度评价标准和综合评估体系，实现了上颌埋伏尖牙矫治操作的量化和个体化。