第二磨牙在不同情况下对改良C型腭板远中移动上颌磨牙的影响——三维有限元分析.pdf
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1、Stomatology43(9):808-813-A.3-:8 0 8.2023年9 月口腔医学第43 卷第9 期第二磨牙在不同情况下对改良C型聘板远中移动上颌磨牙的影响一一三维有限元分析一蒋镇泽,邹明媛,弓国梁,林新平1,2摘要目的利用三维有限元分析的方法探究第二磨牙在不同情况下对使用改良C型聘板(MCPP)远中移动上颌磨牙的影响及生物力学机制。方法建立三组MCPP远中移动上颌磨牙的三维有限元模型,模型一(M1):第二磨牙萌出,粘接颊面管且弓丝人槽;模型二(M2):第二磨牙萌出,不粘接颊面管;模型三(M3):第二磨牙未萌出。在M1中分别在距离牙槽顶1mm(F1)、4mm(F4)、7 mm(F
2、7)三种高度的MCPP牵引凹槽与聘弓牵引钩之间施加1.5N的牵引力,找出使第一磨牙远中整体移动的牵引力方向,然后在M2与M3上施加相同的牵引力,观察牙齿的移动。结果M1中第一磨牙均出现远中移动,其中M1-F4组中第一磨牙远中整体移动。M2与M1相比,第一磨牙远中位移量稍增大,但有更加明显的颊向位移和近中舌向旋转,第二磨牙远中倾斜程度更加明显,牙冠颊向位移减小且呈近中颊向旋转。M2和M3中第一磨牙的移动基本一致。结论将第二磨牙纳入弓丝,能减少第一磨牙颊向位移量与旋转程度。第二磨牙的萌出对第一磨牙横向移动无明显影响。关键词三维有限元分析;改良型聘板;第二磨牙;生物力学机制【中图分类号 R783.5
3、【文献标识码A文章编号 11003-9872(2023)09-0808-06 doi 10.13591/ki.kqyx.2023.09.008The effect of different conditions of the second molar on maxillary molar distalization using Modified C Palatal Plateionalfiniteanalvsisimensdimensional finiteanalysisJIANG Zhenze,ZOU Mingyuan,GONG Guoliang,LIN Xinping.(Stomatol
4、ogical School of Zhejiang Chinese Medical University,Hang-JIANG Zhenze,ZOU Mingyuan,GONG Guoliang,LIN Xinping.(Stomatological School of Zhejiang Chinese Medical University,Ihou310053,China)Abstract:Objective To investigate the effect of different conditions of the second molar on maxillary molardist
5、alization throughModified C Palatal Plate(MCPP)and its biomechanical mechanism using three-dimensional finite element analysis.Methods Threegroups of three-dimensional FE models of maxillary molardistalization with MCPP were established.Model 1(M1):The second molarerupted,with the archwire inserted
6、into the buccal tube;Model 2(M2):The second molar erupted without buccal tube;Model 3(M3):The second molar did not erupt.In M1,1.5 N traction forces were applied between the MCPP notches which were 1 mm(F1),4 mm(F4),and 7 mm(F7)above the alveolar crest ridge and the palatal arch hooks respectively t
7、o find out the force direction that coulddistally move the first molar bodily.Then the same force was applied on M2 and M3 to observe the movement of tooth.Results Thefirst molar moved distally in M1 and had a bodily movement in the M1-F4.Compared with M1,the distal displacement of the first molarsl
8、ightly increased in M2,but there was more significant buccal displacement and mesial-in rotation.The second molar had more distalinclination,less buccal movement and mesial-out rotation of the crown.The first molar movement in M2 was similar with M3.Conclu-sion Bringing the second molar into archwir
9、e will decrease the buccal displacement and rotation of the first molar.The eruption of thesecond molar has no significant effect on the lateral movement of the first molar.Key words:three dimensional finite element analysis;modified C-palatal plate;second molar;biomechanical mechanism远中移动上颌磨牙是治疗安氏类
10、错畸形的有效方法之一。目前,应用微种植支抗钉远中移动上颌磨牙在临床上也较为普遍,但牙根间的支抗钉在远中移动牙齿时容易受到牙根的干扰,且移动量较少O有学者提出了使用改良C型聘板(modified C-作者单位:1浙江中医药大学口腔医学院,浙江杭州(310 0 53);2 杭州牙博艺口腔门诊部,浙江杭州(310 0 0 0)通信作者:林新平E-mail:palatal plate,MCPP)远中移动上颌磨牙2 。该装置由3枚支抗钉固定在聘中部,两侧延伸出金属臂,每侧金属臂上各带有三处牵引凹槽。MCPP常与聘弓联合使用,聘弓连接两侧第一磨牙带环,并沿聘侧龈缘向前延伸,在前牙处焊有牵引钩(图1)。临床
11、上可在合适的牵引凹槽与聘弓牵引钩之间施加牵引力远中移动上颌磨牙。当施加的力接近上颌第一磨牙阻抗中心时,可使其产生整体移动3已有临床研究证实,MCPP能够有效的远中移arch809.三维有限元分析蒋镇泽,等.第二磨牙在不同情况下对改良C型聘板远中移动上颌磨牙的影响图1改良C型聘板(MCPP)与聘弓Fig.1Modified C palatal plate(MCPP)and palatal动上颌磨牙4,治疗效果比较稳定5-6 。目前有限元研究发现第二磨牙的萌出会减少第一磨牙的远中位移量7-8 ,但是其对第一磨牙横向移动是否产生影响的研究较少。因此,本研究的主要目的是使用有限元分析的方法,探究第二磨
12、牙在是否萌出、是否粘接颊面管等不同情况下对于MCPP远中移动上颌磨牙的影响1#资料与方法1.1三维模型的建立选取浙江省杭州地区健康2 4周岁的男性志愿者1名9。牙列完整、个别正常。无明显牙体牙髓疾患,牙周组织健康。拍摄志愿者上下颌骨的锥形束CT(Sirona Dental Systems,德国),将CT图像依次导人Mimics 21.0软件(Materialise,Leuven,Bel-gium)和Geomagic Wrap 2017(G e o ma g i c,美国),提取并优化上颌骨及上颌牙齿的三维模型10 。接着在 Solidworks 2018(Dassault Systemes,美
13、国)软件中,建立MCPP与聘弓远中移动上颌磨牙的三维模型。MCPP位于第二前磨牙第一磨牙之间,两侧牵引凹槽高度分别为牙槽顶根方1mm、4m m、7 m m。不锈钢聘弓直径为1.5mm,聘弓牵引钩位于尖牙舌侧,直径1mm,高度4mm。唇侧为0.0 19英寸0.025英寸的不锈钢弓丝,托槽以DamonQ(O r mc o,美国)标准转矩的金属自锁托槽为原型。牙周膜厚度为 0.2 mm7,11.2模型分组首先根据第二磨牙的状态,分别建立3种模型。模型一(M1):第二磨牙完整萌出,粘接颊面管并且弓丝人槽;模型二(M2):第二磨牙完整萌出,但不粘接颊面管;模型三(M3):第二磨牙未萌出。接着将模型一分为
14、M1-F1、M 1-F4、M 1-F7 三组,并分别在1mm(M1-F1)、4 mm(M 1-F4)、7 mm(M 1-F7)三种高度的牵引凹槽与聘弓牵引钩之间施加牵引力,找出能使第一磨牙在矢状向上作整体移动的加力位置。然后在模型二与模型三上施加相同方向的牵引力,观察牙齿的移动变化。两侧牵引力对称,大小均为1.5 N7(图 2)。BCA:模型一,MCPP不同位置牵引凹槽与聘弓牵引钩,第二磨牙萌出且粘接颊面管;B:模型二,第二磨牙萌出,未粘接颊面管;C:模型三,第二磨牙未萌出图2上颌牙列有限元分析模型Fig.2The finite element analysis model of maxill
15、ary dentition1.3有限元模型的建立使用六面体和四面体单元构建有限元模型,共计48 2 445个单元,8 7 340 3个节点(图2)。弓丝与托槽、牙齿与牙齿之间为摩擦关系,摩擦系数为0.2。本研究均使用各向同性的线性弹性材料,材料属性如表1所示8 。由AnsysWorkbench18.0(Sw a n s o nAnalysis System,美国)进行非线性静力学运算。表1材料属性Tab.1Mechanical properties力学参数杨氏模量/MPa泊松比上颌骨21030.30牙齿21040.30不锈钢弓丝、聘弓21050.30托槽2x1050.30牙周膜210-10.4
16、01.4测量方法基于模型咬合平面建立三维坐标系,X轴为横810:2023年9 月口腔医学第43卷第9 期向,向右为正,Y轴为矢状向,近中为正,Z轴为垂直向,向根方为正。记录中切牙切缘中点(1C),中切牙根尖点(1A),第一磨牙近中颊尖点(6 MBC)、远中颊尖点(6 DBC)、聘尖点(6 PC)、聘根根尖点(6 PA),第二磨牙近中颊尖点(7 MBC)、远中颊尖点(7 D BC)、聘尖点(7 PC)、聘根根尖点(7 PA)的在X,Y,Z三维方向上的位移值。为了更加直观地表述牙齿的移动方式,计算以下数据:第一磨牙近中聘尖点与聘根根尖点、第二磨牙近中聘尖点与聘根根尖点在X轴和Y轴上的位移比值(6
17、PCX/6PAX、6PCY/6PAY、7 PCX/7 PA X、7 PCY/7 PA Y),分别表示第一磨牙和第二磨牙的横向与矢状向移动方式。比值越接近1,表示牙齿越接近整体移动,比值 1表示牙冠位移量大于牙根,比值为负表示牙冠与牙根朝相反方向移动。第一磨牙近中颊尖点与远中颊尖点、第二磨牙近中颊尖点与远中颊尖点在X轴上的位移差(6 DBCX-6MBCX,7DBCX-7MBCX),表示第一、第二磨牙的牙冠旋转方向与程度,正值表示近中舌向旋转,负值表示近中颊向旋转。第一磨牙近中颊尖点与中切牙切缘中点在Z轴上的位移差(6 M BCZ-1CZ),表示平面的旋转方向和程度,正值表示顺时针旋转,差值越大,
18、说明顺时针旋转越明显。2结 果2.1模型一3种牵引力方向下,第一磨牙的牙冠和牙根均出现了明显的远中移动(表2、图3)。其中,M1-F4组中第一磨牙的矢状向冠根位移比(6 PCY/6PAY)等于1.0 12,说明牙齿接近远中整体移动。在M1-F7组中牙冠远中位移量小于牙根,而M1-F1组中牙冠远中位移量大于牙根。横向上,M1-F7组中第一磨牙冠根位移比(6 PCX/6PAX)等于0.991,牙齿接近颊侧整体移动,而M1-F4与M1-F1组牙冠颊侧位移量均大于牙根,呈颊向倾斜移动。在本模型中,第一磨牙远中颊尖与近中舌尖的横向位移差(6 DBCX-6MBCX)均为正值,说明牙冠均呈近中舌向旋转(表3
19、)。垂直向上,M1-F7组出现了聘尖的压低,其余两组则出现聘尖的伸长。牵引凹槽位置越靠方,牙冠的远中和颊侧位移量均越大,聘尖伸长量也越大(表2,图3)。3种载荷方向下,第二磨牙的冠根横向位移比(7 PCX/7 PA X)均为负值,矢状向位移比(7 PCY/7PAY)均远 1,说明第二磨牙在横向和矢状向上分别出现远中和颊向的倾斜移动。同时,第二磨牙远表2 上颌部分牙齿的位移量Tab.2Displacement of some maxillary teethmm测量项目方向M1-F1M1-F4M1-F7M2-F4M3-F41CX0.1590.2130.2940.2300.221Y-3.433-2.
20、427-1.249-1.968-2.181Z-1.969-1.193-0.254-0.853-1.0191AX0.3990.3870.3760.3820.384Y0.4980.005-0.527-0.188-0.088Z0.7630.5000.2510.3890.4406MBCX1.9381.2760.6091.9982.054Y-2.769-1.686-0.494-1.311-1.510Z-0.2110.3740.8340.5490.5286DBCX3.0222.2301.4423.3383.420Y-2.873-1.776-0.570-1.437-1.639Z0.5190.3260.077
21、0.4270.4976PCX2.3071.6180.9262.4732.537Y-4.023-2.825-1.526-2.913-3.137Z-1.071-0.2440.432-0.487-0.5106PAX-0.0650.4990.9340.5480.532Y-1.711-2.791-3.563-2.986-2.949Z-0.779-0.2330.184-0.483-0.4757MBCX5.0374.3213.5761.831Y-2.295-1.617-0.775-3.627Z1.1210.7630.358-0.0427DBCX5.4124.7594.0861.609Y-2.319-1.65
22、7-0.835-3.530Z1.6781.1900.6181.1327PCX5.2584.5583.8311.759Y-2.927-2.307-1.533-3.394Z-0.838-0.872-0.946-0.3237PAX-0.761-0.3840.031-0.472Y-0.126-0.124-0.1081.084Z-0.812-0.858-0.955-0.032表格中数据均扩大10 0 倍中颊尖与近中舌尖在横向上的位移差(7 DBCX-7MBCX)均为正值,说明牙冠均呈近中舌向旋转。(表3)在垂直向上,可见第二磨牙的聘尖伸长。牵引凹槽位置越靠方,第二磨牙牙冠的远中和颊侧位移量均越大。中切牙
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