有限元法是口腔正畸工作中常用的力學分析方法。應用有限元法對口腔正畸中各種復雜問題進行力學分析，對于口腔臨床工作有著重要的指導意義。

有限單元法（finite element method，F(xiàn)EM)簡稱有限元法，是一種在工程科學技術中廣泛應用的數(shù)學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。自1973年ThereshertFarah 將其引人口腔醫(yī)學中，開創(chuàng)了新的研究領域，因其具有實驗應力分析方法無可比擬的優(yōu)越性而在口腔醫(yī)學的許多方面得到廣泛應用。近年來，隨著電子計算機技術的飛速發(fā)展和各種功能齊全的大型分析軟件的開發(fā)利用，使有限元分析技術可以應用到各種復雜問題的力學研究，并作為一種有效.具在口腔正畸生物力學研究領域發(fā)揮效力。

有限元分析的原理

有限元法的原理是將無限維空問轉化到有限維空間，把連續(xù)系統(tǒng)轉化為離散型結構，即將連續(xù)的彈性體分割成有限個單元，以其結合體代替原彈性體并逐個研究每個單元的性質。從理論力學角度講，就是利用場函數(shù)，即分片多項式逼近，實現(xiàn)離散化過程，通過位移與應變、應變與應力、應變與內力、內力與外力的關系，建立線性方科組，由已知的外力求出結構內部應力和位移情況。

三維有限元建模方法的改進

最早建立牙頜組織二維有限元模型多采用磨片、切片法。這類方法需要專門的操作設備，操作繁瑣復雜，往往難以表達較復雜及細微的結構，主觀性大，耗費大量人力，效率低，誤差來源多，且屬于破壞性建模。目前該類建立三維有限元模型的方法已較少采用。

隨后出現(xiàn)了二維測量法，該方法測量精度高、速度快，能夠反映復雜牙頜模型的表面形態(tài)。但該方法的數(shù)據(jù)采集成本高，生成計算機輔助設計（computer aided design,CAD)模型后還要進行數(shù)據(jù)轉換，才能為有限元建模使用，且測量只能得到表面數(shù)據(jù)，缺乏反映組織的材料特性的能力。

CT圖像建模法是日前常用的方法，其不損壞模型；適用于任何形態(tài)和各種密度的三維結構；掃描間距可根據(jù)需要調節(jié)，每個斷面的解剖結構清晰可辨，能較真實地代表原物的結構；標本的數(shù)據(jù)、圖像可重復使用。但這種方法在將CT原始數(shù)據(jù)轉化為位圖文件時造成了數(shù)據(jù)信息的損失，并未真正深人到CT數(shù)據(jù)的本質。

基于醫(yī)學網(wǎng)像通訊標準數(shù)據(jù)建模法，醫(yī)學圖像通訊標準格式是聯(lián)合頒布的標準：以DICOM格式作為存儲格式的圖像處理軟件，不儀可直接讀入CT機輸出的數(shù)據(jù)文件，而且可政善CT圖像質量。DICOM格式的數(shù)據(jù)提供了非常精細的組織密度信息。此法簡化了以往對CT掃描產生的二維圖像進行處理和轉化的繁瑣過程，避免了數(shù)據(jù)和信息的丟失，直接將掃描得到的CT數(shù)據(jù)傳入計算機，實現(xiàn)了高度自動化的計算機輔助有限元建模。

有限元分析法在口腔正畸生物力學中的應用

錯頜畸形矯治方法的基本原理是在錯位牙或畸形頜骨上施加各類有關外力或去除異常肌力，通過機體的頜骨、牙周組織等硬軟組織內部產生的生物力學反應，使其產生組織學改建，從而使牙頜系統(tǒng)得到新的形態(tài)和功能的平衡和正常發(fā)育，這是有復雜的生物力學內容的生物機械運動。因此，生物力學的分析在正畸學領域內尤為重要，而其中有限元的分析方法體現(xiàn)了其強大的功能。

1.1正畸矯治器三維有限元模型的建立

建立包括下頜牙列及其方絲弓托槽和平直方絲的三維有限元模型，該模型初步建立了用三維有限元法對固定矯治技術進行全牙列分析的平臺。相亞寧等建立帶有MBT直絲弓矯治器的題下頜關節(jié)（TMJ）、上下頜骨及牙列的三維有限元模型，為進一步分析臨床中MBT直絲弓矯治器的力學行為提供了一個良好的平臺，進而為臨床操作提供理論依據(jù)。

建立Tip-Edge plus差動直絲弓矯治器的三維有限元實體模型，模型包括上頜骨、牙槽骨、牙列、托槽和弓絲。與上頜各個牙齒相對應的托槽模型的軸傾角、轉矩角等數(shù)據(jù)與實體托槽的數(shù)據(jù)相一致。在以往關于牙齒移動的有限元研究中，主要是把力直接加載在牙齒上進行分析，而上述矯治器的有限元實體模型與正畸臨床實際情況更加相似，利用矯治弓絲施力，通過托槽將力傳遞給牙齒來研究牙齒的移動。

1.2正畸矯治弓絲的作用機制

建立用于正畸治療的鎳鈦圓絲和方絲弓的有限元模型，可以預測弓絲在矯治形變過程中（各時段）其本身結構中各節(jié)點、單元的受力、位移情況，為矯治方案的設計提供量化依據(jù)。

對復合矯治弓絲正畸過程的力學行為進行有限元分析，得到了各個不同類型弓絲對下頜側切牙、尖牙、第二前磨牙與第一磨牙整體的作用力-位移曲線，并由此分析得出不同類型弓絲對于不同牙齒的正畸范圍。

建立下頜牙列、牙周支持組織以及不同角度、不同弧形深度的0.46mm×0.64mm不銹鋼下頜標準弓形搖椅弓的三維有限元模型，分析得出搖椅弓角度和弧形深度的變化對施于牙齒的垂直向力產生顯著影響。張智勇等通過有限元方法分析標準T型曲打開1.0mm情況下上頜各牙齒的位移趨勢和牙根及牙周支持組織內的應力分布規(guī)律，得出T型曲作用下前、后段均有伸長且各牙均表現(xiàn)為傾斜移動，冠部大于根部；T型曲關閉間隙時會引起上前牙伸長至覆殆加深?？嫡裰械冉⒘税ㄑ乐苣ぁ⒀啦酃堑淖笙骂M中切牙和左下頜第一磨牙的三維有限元模型，分析得出，應用末端后傾彎打開咬合，在前磨牙粘托槽且弓絲人槽情況下，可以防止支抗磨牙前傾或支抗喪失。在前磨牙無托槽情況下，主要是通過壓低下前牙打開咬合。趙廣敏等利用有限元力學分析方法比較口腔正畸方絲弓與多曲方絲弓在簡單受力時對受力側牙列的影響，發(fā)現(xiàn)跟方絲弓比較，對多曲方絲弓上的個別牙做垂直牽引或被動入槽時，牙列上的其他牙受力極輕，基本不會受到不利影響。這些研究對幫助人們認識正畸弓絲的作用機制起到了積極的作用。

1.3三維有限元法在口腔種植支抗中的應用

隨著口腔種植技術的發(fā)展，種植體支抗概念被引入到口腔正畸與頜面部矯形治療的領域。這是一種嶄新而有效的加強支抗方法。然而，對其生物力學有一個正確的認識才能更好地指導臨床。利用腭部種植體內收尖牙，用三維有限元法分析滑動法和推簧的作用，結果顯示≤lN的力量是有效的，且滑動法較推簧對于尖牙的旋轉易控制。通過三維有限元分析研究腭部支抗種植體，在受力狀態(tài)下，支抗種植體總體上是一種近中移動和垂直壓低的復合運動；上頜第一恒磨牙的近中頰尖的腭向位移最大，遠中舌尖的頰向位移最大，整體上表現(xiàn)為腭向傾斜及近中舌向扭轉的運動趨勢。利用三維有限元研究發(fā)現(xiàn)，微小種植體可在任何傾斜角度上承載1.96N的水平向正畸力。增加種植體的傾斜角度，可以提高其承載水平向正畸力的能力，提示臨床應選擇垂直于頰側牙槽骨方向植人微小支抗種植體。丁熙等~研究表明，即刻垂直加載時，種植體周圍骨質應力無明顯集中，分布較均勻，頰舌向及近遠中向加載時應力、應變明顯增大，分布不均勻。目前，種植體與周圍骨組織的結合方式、不同施力大小、施力方向及施力時機對其穩(wěn)定性的影響還有待進一步的研究。

1.4頜骨牽張成骨三維有限元模型的應用

口腔頜面部頜骨牽引成骨技術主要應用于累及上下頜骨的各種不同類型的發(fā)育不全畸形和骨缺損、缺失畸形，目前牽張成骨2005年，史真等選擇顱頜面發(fā)育正常青年男性，將螺旋CT技術與計算機技術相結合，建立下頜骨牽張成骨三維有限元模型并測量了不同加載條件下下頜骨的VonMises應力、頹頂點和右側下頜角點的位移。

在顱上頜復合體模型上模擬上頜骨LeFortI型截骨，進行前后向牽張成骨，在上頜顓牙槽崎處施以平行于Y軸的前方牽引力，結果發(fā)現(xiàn)，除前后向有明顯位移趨勢外，在橫向和垂直向方面，上頜結節(jié)處還有明顯地向外、向下的移位趨勢。

建立牙齒在下頜牽引成骨區(qū)內移動的三維有限元模型，分析各個骨愈合時期，成骨區(qū)對牙移動產生的應力反應無顯著差異，但在早期，牙齒發(fā)生較大的傾斜移動，提示在牽引成骨完成后，早期移動牙齒時應使用輕力。

模擬牽張成骨時牽張方向對下頜骨體部牽張成骨的影響，得出牽張器平行矢狀軸優(yōu)于平行下頜骨體，此項研究為牽張器在臨床應用中的放置位置和牽引方向提供了理論依據(jù)。

在已建立的唇腭裂上頜骨三維有限元模型的基礎上，模擬前牽引加腭部擴弓治療，上頜骨發(fā)生向前、向下、向外的增長。有擴弓治療的水平位移值明顯減小。健側和患側牙弓均未出現(xiàn)牙弓內縮的變化。研究發(fā)現(xiàn)，上頜前牽引聯(lián)合應用腭部擴弓治療唇腭裂患者，有利于全面改善上頜骨的發(fā)育。上述牽張成骨的生物力學分析對頜骨牽張成骨的設計及術后的預測具有指導性意義。

針對骨學、關節(jié)外科、普外科、囗腔科等提供醫(yī)學力學有限元分析仿真、培訓、臨床手術模擬分析等；

代做有限元：脊椎、腰椎、頸椎、上下肢、假肢、前臂、血管支架、牙齒、骨關節(jié)等；

培訓：ANSYS、Abaqus有限元分析，mimics骨頭模型提取，Geomagic Studio模型處理；?

服務對象：各省市、自治區(qū)從事運動生物力學、生物醫(yī)學工程、基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學、囗腔力學、骨骼力學的教學、研究與應用的教師、科研工作者、各級教練員等方面的相關人員；國內各重點大學、科研院所相關研究領域的博士、碩士相關研究生和學者等。