人体上颌骨及牙列三维有限元模型的建立

高效建立牙齿三维有限元模型有限元分析法应用于口腔研究首先需要建立计算机口腔模型，目前的文献对建模的过程没有做详细的阐述。

本文运用高端的建模与分析软件，以建立一个牙齿计算机模型为例，阐述一种高效建立有限元分析模型的基本思路和方法，为从事医学有限元分析法相关研究的科研人员提供参考。

标签：正畸；有限元分析法；牙齿模型A method for the construction of a 3D finite element model with higher efficiencyLiu Zhenzhang1, Yuan Xiaoping2.（1. Faculty of Mechanical & Electric Engineering, School of Mechanical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China; 2. Dept. of Orthodontics, The Affiliated Hospital of Stomatology, Luzhou Medical College, Luzhou 646000, China）[Abstract]The construction of a dental model is a prerequisite for finite element method（FEM）analysis in orthodontics, however so far no research has focused on the detailed discussion of the modeling process. This study adopted the higher level modeling and finite element analysis software package to construct one tooth model with higher efficiency and precision, and intended to demonstrate the basic rationale of a FEM modeling process. It is expected this study be a guide for the researchers in this field.[Key words]orthodontics；finite element method；tooth model1970年，有学者将有限元法（finite element method，FEM）最先引入口腔力学的二维研究中[1]，之后随着计算机硬件和软件技术的发展，逐渐由最初的二维分析扩展至三维分析，同时也在口腔正畸领域进行了多个方面的研究，如正畸与牙周膜的相关性[2-3]、多个牙齿的移动[4-8]、正畸治疗周期[9]、牙根吸收的风险评估[10]、种植体的支抗[11-13]、咬合应力的分析[14-16]等等，然而，这些研究都没有对口腔模型的具体建立过程做出过详细的阐述说明。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011263300.0(22)申请日 2020.11.12(71)申请人 哈尔滨理工大学地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人 姜金刚　梁瑞奇　郭亚峰　陈厚鋆　王磊　钱伟　(51)Int.Cl.A61C 7/00(2006.01)(54)发明名称一种用于正畸的牙颌有限元模型建立方法(57)摘要本发明提供了一种用于正畸的牙颌有限元模型建立方法，该方法包括以下步骤：步骤1，利用人体口内CBCT三维数据，建立并优化牙齿、牙髓和牙槽骨的模型蒙板；步骤2，分别对牙齿、牙髓和牙槽骨的三维重建模型进行逆向工程处理，完成模型的实体化；步骤3，为每颗牙齿生成个性化牙周膜，并且为牙槽骨生成内部三维实体结构，并对所有部件模型进行装配处理；步骤4，对完整的牙颌三维实体模型进行网格划分，建立完整的牙颌网格模型；步骤5，对完整的牙颌网格模型内每一个组件进行单独的材料赋值，完成三维个性化牙颌模型有限元模型的建立。

该方法建立的牙颌有限元模型具有极高的几何相似性和力学相似性，且建模速度快，在正畸领域中具有很大应用价值。

权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 112545679 A 2021.03.26C N 112545679A1.一种用于正畸的牙颌有限元模型建立方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：步骤1：选取人体口内CBCT三维数据作为建立牙齿和牙槽骨有限元模型数据来源，建立牙齿、牙髓和牙槽骨的模型蒙板，优化牙齿、牙髓和牙槽骨模型蒙板，完成对牙齿、牙髓和牙槽骨模型的三维重建；步骤2：分别对牙齿、牙髓和牙槽骨的三维重建模型进行逆向工程处理，完成牙齿、牙髓和牙槽骨三维模型的实体化；步骤3：为每颗牙齿生成个性化牙周膜，并且为牙槽骨生成内部三维实体结构，并对所有牙齿及其牙周膜和牙髓，牙槽骨模型进行装配处理，建立完整的牙颌三维实体模型；步骤4：对完整的牙颌三维实体模型进行网格划分，建立完整的牙颌网格模型；步骤5：对完整的牙颌网格模型内每一个组件进行单独的材料赋值，完成三维个性化牙颌模型有限元模型的建立。

根管治疗后上颌第一磨牙三维有限元模型的建立黄琪; 吴补领; 闫文娟; 陈栋; 高杰【期刊名称】《《中华老年口腔医学杂志》》【年(卷),期】2011(009)005【总页数】4页(P299-302)【关键词】上颌第一磨牙; 根管治疗; 动态加载; 三维有限元【作者】黄琪; 吴补领; 闫文娟; 陈栋; 高杰【作者单位】南方医科大学南方医院口腔科广州510055【正文语种】中文【中图分类】R781上颌第一磨牙在咀嚼过程中承担重要功能，其龋坏发生率也最高，临床上大量上颌第一磨牙需要进行根管治疗，而根管治疗后牙体的抗折性能大大下降。

为了更好的分析根管治疗后患牙在口腔咀嚼运动过程中的应力分布及研究设计更合理的牙体保护方式，需要对其进行生物力学分析。

对于形态复杂的牙体组织，传统的离体牙力学实验只能获得片面数值信息，无法获取牙体内部或修复体内部的受力情况和应力分布情况的信息。

利用三维有限元法建立精细的研究模型可以弥补传统物理实验方法所存在的缺陷，但目前有限元模型在复制和模拟生物力学加载方面多采用静态加载方式，无法完全模拟临床牙齿受力情况。

本研究拟建立根管治疗后上颌第一磨牙的三维有限元模型，并通过动态加载模式，模拟上颌第一磨牙的临床受力情况，并验证模型的有效性，以期为随后的生物力学研究建立有效平台。

1.材料和方法1.1 材料样本来源于南方医科大学口腔医院，筛选一颗形态正常无明显磨耗的离体上颌第一磨牙作为研究对象，其颊舌径、近远中径、冠根长分别为12.0mm、9.2 mm、19.0 mm，符合王惠芸所报道的中国人恒牙牙体测量统计平均值范围[1]。

使用非ISO标准06锥度PROTAPER NiTi器械完成根管预备(预备至F2)，大锥度牙胶充填，玻璃离子垫底，树脂充填。

1.2 设备及软件3DX Multi-Image Micro-CT(Morita MedicalDeviceInc.,Japan)Mimics10.01(MaterialiseCorp.,Belgium),Freeform6.0(Sensa ble Corp.,America),Ansys13.0(ANSYS Inc.,America)1.3 方法1.3.1 样本扫描用软蜡将牙齿垂直固定于容器底部，扫描时将整个标本模型置于高渗盐水中，断层与牙体长轴垂直，以125 μm的层厚间距自牙尖至牙根尖进行扫描，获得牙齿三维动态图像和Mimics软件可识别的冠根向截面图。

上颌牙列直丝弓矫治器三维有限元模型的建立李九军;陈凤山【摘要】目的利用三维有限元建模的方法,探索建立上颌牙列直丝弓矫治器的力学分析模型.方法采用螺旋CT对已完成排齐整平、处于关闭间隙阶段的正畸患者颌骨进行多层扫描,以医学数字成像和通讯标准(digital imaging and communications in medicine,DICOM)格式导人Mimics软件中,利用灰度值的差异重建上颌骨与牙列；然后利用Geomagic软件进行优化后导入Ansys软件生成牙齿、颌骨、牙周膜、托槽、弓丝的装配模型.结果建立了直丝弓矫治器三维有限元模型,并可进行三维有限元的力学分析.结论建立了一套迅速建模的半自动运行程序,探索出了一种提高模型仿真度的可操作性强的建模方法.%Objective To construct maxillary arch three-dimensional finite element modle of straight wire appliance. Methods Scanning images of maxillary and dentitiongs were made through muti-slice CT scanner. Mimics, Geomagic studio and Ansys software were used to reconstruct a three-dimentional element model of maxillary and dentitions with straight wire appliance. The model was a assemble of tooth,maxillary, periodontium, bracket and orthodontic wire. Results A three-dimentional solid and finite element model of the maxillary dentition and straight wire appliance was constructed. It could be used to research the mechanical behavior of straight wire appliance. Conclusions The three-dimensional finite element modle was precise and utility, and the mothod was concise, practical and well operational.【期刊名称】《复旦学报（医学版）》【年(卷),期】2013(040)001【总页数】4页(P88-91)【关键词】三维有限元;直丝弓矫治器;牙列;上颌骨【作者】李九军;陈凤山【作者单位】河南省安阳市口腔医院正畸科安阳455000;河南省安阳市口腔医院正畸科安阳455000【正文语种】中文【中图分类】R783.5有限元法(finite element method，FEM)是当今工程力学分析中广泛应用于分析结构应力应变的一种数值计算方法［1］。

上颌单端游离缺失及可摘义齿支架的三维有限元建模目的：利用三维有限元專用软件技术，建立精确且能广泛应用的上颌游离端缺失及整铸义齿的三维有限元模型。

方法：利用DCTP120螺旋CT扫描获得DICOM 格式数据文件后导入MIMICS10.0软件，采用阈值分割与手动分割相结合的处理方法，计算得到颌骨、牙列和支架初步几何模型，并结合CATIA软件、ANSYS13.0三维有限元专用软件等技术建立三维有限元模型。

结果：成功建立了26，27缺失的包含上颌骨、余留全牙列、牙周膜、黏膜及支架材料的铸造可摘局部义齿的三维有限元模型。

结论：该有限元建模具有省时、便捷、精确、可重复性强及上手容易等特点，为进行口腔修复学领域生物力学的分析研究打下基础。

Abstract：Objective Use three dimensional finite element special software technology to build a more accurate and more extensive application of maxillary distal-extension absence and the whole casting denture of three dimensional finite element model. Methods Use DCTP120 spiral CT scanning to get D ICOM format data documents and then guide them into MIMICS10.0 ing threshold segmentation and manual segmentation processing method，calculate an get the preliminary three-dimensional geometric model of the jaw bone，teeth column and support.And then combine with CATIA software，ANSYS13.0 three dimension finite element technology such as special software to construct a three dimensional finite element model. Results The FEM of the casting RPD in which 26，27 are missing was successfully set up，including maxilla，after full dentition，periodontal，mucosa，teeth and support material. Conclusion The finite element modeling has the features of timesaving，convenient，precise，better repeatability and easy to fit in，etc.So it can lay the foundation for biomechanics analysis research in oral prosthetics field.Key words：maxillary single end free missing；removable partial denture；three-dimensional finite element model自20世纪60年代以来，随着计算机技术的进步，有限元分析法（FEM）已逐步发展成为工程中广泛应用的方法。

第26卷第3期2005年6月西安交通大学学报(医学版)J our nal of Xi πan J iaot ong U niversity (Medical Scie nces )V ol.26No.3J un.2005不同腭穹隆形态上颌全口义齿三维有限元模型的建立肖　敏1,白乐康1,刘明智2,王玉虎2(1.西安交通大学口腔系修复科,陕西西安　710004;2.西安电子科技大学机械电子系,陕西西安　710071)摘要:目的　建立三种不同腭穹隆形态及牙尖斜度的上颌全口义齿及其下支持组织的三维有限元模型。

方法　根据三维坐标测量数据,在计算机上采用MA TL AB 6.1和AL GOR FEAS 软件建立三维有限元模型。

结果　得到尖、平、凹三种不同腭穹隆形态,牙尖斜度分别为0°、20°、30°的上颌全口义齿及其支持组织的三维有限元模型。

结论　该模型的建立为在不同加载方式下三种腭穹隆形态及牙尖斜度的上颌全口义齿基托及其下支持组织的应力分析奠定基础。

关键词:腭穹隆形态;上颌全口义齿;三维有限元;应力中图分类号:R783.6 文献标识码:A 文献编号:167128259(2005)0320288203Establishment of three 2dimensional f inite element model of maxillarycomplete denture with different shapes of palatal vaultXiao Min 1,Bai Lekang 1,liu Mingzhi 2,Wang Yuhu 2(1.Pro st hodontics Section ,Depart ment of Stomatology ,Xi πan Jiaotong University ,Xi πan 710004;2.Depart ment of Mechanics and Elect ronics ,Xi πan Elect ronic Technology University ,Xi πan 710071,China )ABSTRACT :Objective To const ruct t hree 2dimensional finite ele ment model (32D F EM )of maxillary completede nture and its supp orting tissues wit h diff ere nt shap es of p alatal vault a nd diff erent teet h cusp inclination.MethodsBased on t he data of 32D measure ment ,using MA TL AB 6.1and AL GO R F EAS sof tware ,32D F EM wasconst ructed by comp uter.Results 32D F EM of maxillary complete de nture was const ructed wit h t hree diff ere nt p alatal vault a nd t hree diff erent teet h cusp inclination (10°,20°,30°)and supp orting tissues.Conclusion 32DF EM ca n be used f or t he a nalysis of t he eff ect of diff ere nt shap es of p alatal vault a nd diff ere nt teet h cusp inclinationon t he st ress dist ribution of maxillary complete de nture under diff erent loading conditions.KE Y WOR DS :p alatal vault ;maxillary complete denture ;32D finite ele ment ;st ress收稿日期:2004208226 修回日期:2004210228作者简介:肖敏(19762),女(汉族),硕士,住院医师. 上颌全口义齿基托变形折裂、固位不良及支持骨组织吸收是严重影响全口义齿修复效果的常见问题。