下颌第一恒磨牙三维有限元模型的建立(1)
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【摘要】 目的 建立合理而精确的下颌第一恒磨牙三维有限元模型。方法 通过螺旋CT扫描的方法,利用PhotoShop等图像处理软件,通过特定的SolidWorks 2010有限元软件建立下颌第一恒磨牙的三维有限元模型。结果 准确地建立了牙釉质、牙本质、髓腔、牙槽骨、牙周膜等组织形态的三维有限元模型。结论 本实验建模方法可行性强,方便快捷,具有良好的生物力学与几何相似性,为临床口腔医师提供了一种简捷而精确的有限元建模方法。
【关键词】 磨牙;三维有限元;模型
Establishment of the three dimensional finite element model ofthe first permanent mandibular molar
GU Wei-qin,ZHAO Shou-liang,WANG Ren-peng.
School of Stomatology,TongJi University,Shanhai 200072,China
【Abstract】 Objective To construct a rational and exact three - dimensional finite element model of the first permanent mandibular molar. Methods The first permanent mandibular molar was scanned by CT and the images were processed by softwares such as PhotoShop. Then special software SolidWorks2010 was used to establish a three - dimensional finite element model . Results A three - dimensional finite element model of the first permanent mandibular molar was established, including enamel, dentin, pulp, alveolar bone and periodontium. Conclusion The modeling method is effective and reliable. The three- dimensional finite element model has favorite similarities in geometry and biomechanics . It’ s a simple and precise method for dentists to establish finite element models .
【Key words】 Molar;Three- dimensional finite element;Model
DOI:10.3760/cma.j.issn 1673-8799.2010.11.17
作者单位:200072
同济大学口腔医学院(顾卫芹 赵守亮);同济大学土木工程学院(王人鹏)
第一恒磨牙是口腔内承担主要的咀嚼任务的牙齿,但因其是最早萌出的恒牙,故常因过早龋坏、折裂而致残冠、残根,甚而缺失。对第一恒磨牙的受力状况和应力分布信息的分析能够为牙齿缺失的预防、治疗及保存提供重要的理论依据。近年来随着电子计算机技术的飞速发展和各种功能齐全的大型分析软件的开发利用,使有限元分析技术可以应用到各种复杂问题的力学研究,并作为一种有效工具在口腔生物力学研究领域发挥效力。由于图像合成技术的成熟,所以建立在可视化牙齿模型三维重建基础上的三维有限元方法越来越受到学者们的关注。本实验采用Philip Tomoscan螺旋CT扫描机,对所选择右下颌第一恒磨牙进行扫描,获取建模所需右下颌第一恒磨牙的三维形态数据。用PhotoShop等图象处理软件,通过特定的SolidWorks2010有限元软件建立了下颌第一恒磨牙三维有限元模型。
1 材料和方法
1.1 材料
标本的选择:选择牙列完整、咬合关系正常、无牙周疾患及牙槽骨吸收、无后牙牙体缺损及明显磨耗的成年男性志愿者1名,进行下颌第一恒磨牙三维形态数据测量。
1.2 方法
1.2.1 CT扫描 检测者取仰卧位,微张口,颏部抬高,采用Philip Tomoscan螺旋CT扫描机进行扫描,扫描截面尽可能与牙体长轴垂直,约从下颌颏部下缘起始,至磨牙牙冠上方1 mm平面止,扫描间距为0.70 mm,共获得40张断层影像。
1.2.2 CT图象处理 将以医学图像通讯标准(digital imaging and communications in medicine, DICOM)格式导出的CT影像经挑选共获得22张影像位图,通过Photoshop以及自编的Matlab程序进行降噪、增加清晰度和对比度的处理,然后进行边缘增强和边缘提取,提取出要重建部位的边界轮廓线上的特征点。为计算方便和提高计算速度,表面重建不必采用轮廓线上的所有点,而只须使用若干个关键点,这些点的连线能近似表达出轮廓线的形状,并将关键边缘点坐标化,存为*.IGES文件。
1.2.3 轮廓线的拟和
将生成的轮廓边缘数据读入SolidWorks 2010中,采用样条曲线拟和,将各层数据读入,形成模型的线框图。
1.2.4 三维有限元模型的建立
本实验所研究的下颌第一恒磨牙可分为牙釉质、牙本质、牙骨质、牙髓和牙槽骨五个部件(相对牙釉质及牙本质而言,牙骨质极菲薄, 且材料性质与牙本质相近,为简化模型,本研究忽略牙骨质部分不做单独计算[1])。SolidWorks识别具有特征造型的轮廓线生成三维实体模型,包括牙釉质、牙本质、牙髓、牙周膜和牙槽骨,并装配成下颌第一恒磨牙的三维实体模型 ......
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