下颌第一恒磨牙三维有限元模型的建立(2)
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根据数据收集方式的不同建模方法可分为三种[9]:
3.1 手工建模法 选择一颗较完整的牙作为标本牙,在牙合面中央窝或各切片层面取一点作为坐标原点,用三坐标测量仪测出牙体表面或各层面明显解剖标志点的三维坐标,然后将数据输人计算机,使其自动生成三维立体模型。
3.2 半自动建模法 将完整的牙齿用环氧树脂等材料包埋成一方块后,沿着与牙合平面平行的方向按一定的层厚对其进行切片,然后对每一层面进行扫描,并将其转化为数据图像,再用相应的图像处理系统识别出各层面牙釉质,牙本质和牙髓的界限从而建模。
3.3 自动建模法 用CT扫描的方法来收集牙齿各个层面的数据而不破坏标本牙。现在国内外常用的是CT扫描图像来建立牙颌组织的三维有限元模型。
无论是手工建模还是半自动建模的方法,均是通过切片或是磨片来得到每一个层面的信息再测绘出外形。包埋料的选择,图像的拍摄、处理,边缘提取等环节都可能产生误差,难以精确地反映牙齿的实际情况,而且建模过程中要破坏标本。
CT扫描建模具有不损坏模型、适用于任何复杂形态和各种密度的三维结构、有较高的分辨率、每个断层面的解剖结构清晰可辨,能较真实的代表原物的结构、实用、简单、快捷、误差小等优点。本实验通过CT图像处理法,采用螺旋CT扫描,其照片准确、安全、无创伤、分辨率高,所得到的断层信息可较清晰地显示牙釉质、牙本质、牙髓腔等结构,不破坏标本的完整性,并且各断层是每间隔0.70 mm的连续扫描,使从CT扫描片通过图像的数据化建立的有限元模型更具有可靠性与真实性。
本实验通过较为成熟、容易操作的SolidWorks2010软件实现CT图像与三维模型的转换,在可视化的界面下对模型进行修改,缩短了建模时间,提高了建模的效率和可操作性。通过此方法成功地建立了表面形态和内部组织结构都与真实牙体组织高度一致的下颌第一恒磨牙有限元模型,在一定程度上客观地模拟了牙齿的生理状态。本实验在建模过程中,应用了具有强大的几何输入功能、支持多种格式的复杂装配几何模型读入及多种有限元文件的输入和输出的SolidWorks2010软件,节省了大量时间,提高了模型的计算精确度。建立的有限元模型与实体具有良好的几何相似性与逼真的组织形态结构,并且可以根据不同的研究目的和要求切割或添加各种不同的材料或组织,为进一步的生物力学研究提供了基础。
参考文献
[1] 曾艳,王嘉德.下颌第一恒磨牙三维有限元模型的建立及应力分析.中华口腔医学杂志,2005, 40(5):394-397.
[2] Lin CL, Chang YH, Liu PR. Multi-factorial analysis of a cusp-replacing adhesive premolar restoration: a finite element study. J Dent 2008;36:194-203.
[3] Wagner A,Krach W,Schicho K.A 3-dimensional finite-element analysis investigating the biomechanical behavior of the mandible and plate osteosynthesis in cases of fractures of the condylar process.Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod,2002,94(6):678-686.
[4] Magne P. Efficient 3D finite element analysis of dental restorative procedures using micro-CT data ......
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