应用逆向工程法建立下颌牙列及方丝弓矫治器的三维有限元模型

作     者：吴大雷 

作者单位：大连医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙燕

授予年度：2007年

学科分类：1003[医学-口腔医学] 100302[医学-口腔临床医学] 10[医学] 

主      题：逆向工程 三维有限元模型 下颌牙列 CT 方丝弓矫治器 

摘      要：目的:探索以逆向工程方法建立包含方丝弓矫治器的下颌牙列三维有限元模型的方法。 材料和方法:选取一例男性青年颅骨标本,牙列完整,牙弓形态基本对称,牙合关系为安氏Ⅰ类,牙合面部分区域轻度磨耗。采用荷兰Philips公司Brilliance 16排多层螺旋CT扫描机进行扫描,扫描条件140kV,400mA,1500mS,水平分辨率1024×1024。扫描平面与下前牙唇面垂直,以0.85mm层厚进行横断面轴扫,共获得127张断层图像,均以通用的医学图片Dicom格式输出。 将Dicom格式图片导入比利时Materialise公司的交互式的医学影像控制软件Mimics 8.1中,选取合适的密度阈值,在Mimics显示的冠状面、矢状面以及横断面图像中。根据牙根、牙槽骨之间显示的低密度区域,勾勒出牙根的边界,去除牙槽骨区域,将邻牙接触区分离,即可建立各牙齿独立的牙列模型。通过布尔运算得到不包含牙齿的下颌骨模型,将建立的模型以点云的模式输出。 使用逆向工程软件Catia读入点云文件,转化为曲面模型并进行光滑处理。使用Catia软件进行C2级曲面拟合,拟合误差选择小于0.1毫米。将牙齿转化为实体模型(S1)。下颌骨为了简化模型只截取了左下颌由中线至左下第二磨牙远中部分的下颌骨进行建模(S2)。在牙槽嵴部牙齿与下颌骨的连接过于复杂,在建模中将下颌骨的牙槽嵴部设计为简化的弧形突起。 以扫描平面为基础略做调整,建立沟槽中心平面(P1)使平面与各牙齿的相交情况更接近真实情况。在托槽底面平面(P2)上制作出各牙齿的托槽。托槽沟槽宽度为:切牙2.5mm、尖牙、前磨牙3.2mm、磨牙4mm,沟槽高度h=0.56mm(0.022in),沟槽深度d=0.711mm (0.028in),底面厚度c=0.5mm。 按照不同弓丝规格制作出弓丝实体模型(0.016in×0.022in,0.017in×0.022in……) 将得到的牙齿、牙周膜、下颌骨模型以model格式导入三维有限元分析软件Abqus 8.0中,以10点4面体单元进行划分为有限元模型,模型共有个234058节点、1136506个单元。再将弓丝及托槽模型导入,以6面体单元划分为有限元模型,模型共有36506个节点、17838个单元。 结果:获得左侧下颌骨,牙周膜,左下牙列及其各自对应的托槽,以及不同规格的下颌左侧平直方丝的三维有限元模型。