CN108720944A - 一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法 - Google Patents

一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，包括隐形矫治器三维数字模型的构建、隐形矫治器的有限元分析、隐形矫治器变形结果、隐形矫治器的优化和优化结果验证，本发明的有益效果是：能够更加合理有效地应用隐形牙齿矫治器，控制其产生矫治力的大小和作用区域，防止因其变形导致矫治力作用在不需要移动的牙齿上，以中切牙倾斜移动方式为例，利用有限元分析方法对隐形牙齿矫治器的变形形态和变形量进行详细的分析，并在此基础上对隐形牙齿矫治器进行优化设计，从而避免矫治器变形对拟不动牙齿的影响，使隐形矫治器达到更好的矫治效果。

Description

一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法
技术领域
本发明涉及一种优化设计方法，具体为一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，属于牙齿矫正方法技术领域。
背景技术
隐形牙齿矫治器的工作原理是利用弹性变形产生的矫治力持续施加给拟移动牙齿，从而达到矫治的目的，对矫治力的施加需要考虑以下三个方面：首先，弹性变形产生的矫治力可能不只作用在拟移动牙齿上，如果没有合理控制也可能作用在某些拟不动的牙齿上，从而产生不希望的牙齿移动；二是，矫治力的大小、方向和作用位置直接影响矫治效果；三是，反作用在矫治器上的力必须得到平衡，而平衡力作用区域的不当也会产生错误的矫治，因此，准确控制矫治力和平衡力的作用区域、方向和大小是隐形矫治的关键技术之一，想要控制隐形矫治器产生的矫治力，就需要对隐形矫治器的变形情况进行深入分析，目前针对隐形矫治器的变形分析研究中，有学者采用电阻应变测量仪、微型传感器等测量装置进行测量研究，但是采用实验测量法得到的数据是零散的，影响对变形规律的分析总结。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，包括
隐形矫治器三维数字模型的构建，将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行布尔相减，对模型中存在的多边形缺陷进行修复，即完成隐形牙齿矫治器的三维数字模型的建立。
隐形矫治器的有限元分析，对隐形矫治器材料属性、网格划分和边界条件进行分析。
隐形矫治器变形结果，对牙齿施加向舌侧倾斜的位移载荷，取矫治器向唇侧外凸变形为正值，矫治器向舌侧内凹变形为负值，为隐形矫治器的优化提供基础。
隐形矫治器的优化，确定理想牙颌模型的优化部位，进而取变形量的最大值为理想牙颌牙冠的优化值。
优化结果验证，将优化的隐形矫治器与原来的隐形矫治器进行偏差对比，得到在拟不动牙齿部分的优化后隐形矫治器与原来隐形矫治器的偏差值，并与有限元分析得到的变形值进行对比。
其中，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分通过有限元分析软件ANSYS生成节点和单元，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分包括定义单元属性、定义网格生成控制和生成网格三个步骤，所述隐形矫治器变形结果的变形情况包括隐形矫治器拟移动牙齿部分的变形情况和隐形矫治器拟不动牙齿部分的变形形态，所述隐形矫治器的优化变形产生的矫治力是通过隐形矫治器的内表面与牙冠的唇侧或者舌侧面接触传递的。
优选的，为了对理想牙颌模型和戴有矫治器的牙颌模型进行对齐时提供基准，所述隐形矫治器三维数字模型的构建中牙颌数字模型根据对齐标志点将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行拟合对齐。
优选的，为了轻易地划分出高质量的四面体，所述隐形矫治器的有限元分析的定义单元属性选用体单元SOLID187。
优选的，为了保证网格成功划分的同时减少单元数量，所述隐形矫治器的有限元分析的定义网格生成控制采用ANSYS的自由网格划分方式。
优选的，为了消除整体刚度矩阵的奇异性，同时保证该约束对结构的主要变形区的影响很小，所述隐形矫治器的有限元分析通过约束隐形矫治器刚体位移对隐形矫治器施加约束。
优选的，为了减少隐形矫治器对拟不动牙齿的影响，所述隐形矫治器的优化可以获得隐形矫治器受载后变形情况的连续信息。
本发明的有益效果是：该隐形牙齿矫治器的优化设计方法设计合理，隐形矫治器三维数字模型的构建中牙颌数字模型根据对齐标志点将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行拟合对齐，确定牙颌模型的位置平面，为理想牙颌模型和戴有矫治器的牙颌模型进行对齐时提供基准，隐形矫治器的有限元分析的定义单元属性选用体单元SOLID187，三维实体单元对模型结构局限性很小，且带中间节点的四面体单元不管结构多么复杂，总能轻易地划分出高质量的四面体，隐形矫治器的有限元分析的定义网格生成控制采用ANSYS的自由网格划分方式，对单元尺寸控制的相关参数进行设定，保证网格成功划分的同时减少单元数量，隐形矫治器的有限元分析通过约束隐形矫治器刚体位移对隐形矫治器施加约束，消除整体刚度矩阵的奇异性，同时保证该约束对结构的主要变形区的影响很小，隐形矫治器的优化可以获得隐形矫治器受载后变形情况的连续信息，从而减少隐形矫治器对拟不动牙齿的影响，使隐形矫治器达到更好的矫治效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，包括
隐形矫治器三维数字模型的构建，将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行布尔相减，对模型中存在的多边形缺陷进行修复，即完成隐形牙齿矫治器的三维数字模型的建立。
隐形矫治器的有限元分析，对隐形矫治器材料属性、网格划分和边界条件进行分析。
隐形矫治器变形结果，对牙齿施加向舌侧倾斜的位移载荷，取矫治器向唇侧外凸变形为正值，矫治器向舌侧内凹变形为负值，为隐形矫治器的优化提供基础。
隐形矫治器的优化，确定理想牙颌模型的优化部位，进而取变形量的最大值为理想牙颌牙冠的优化值。
优化结果验证，将优化的隐形矫治器与原来的隐形矫治器进行偏差对比，得到在拟不动牙齿部分的优化后隐形矫治器与原来隐形矫治器的偏差值，并与有限元分析得到的变形值进行对比。
其中，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分通过有限元分析软件ANSYS生成节点和单元，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分包括定义单元属性、定义网格生成控制和生成网格三个步骤，所述隐形矫治器变形结果的变形情况包括隐形矫治器拟移动牙齿部分的变形情况和隐形矫治器拟不动牙齿部分的变形形态，所述隐形矫治器的优化变形产生的矫治力是通过隐形矫治器的内表面与牙冠的唇侧或者舌侧面接触传递的，所述隐形矫治器三维数字模型的构建中牙颌数字模型根据对齐标志点将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行拟合对齐，确定牙颌模型的位置平面，为理想牙颌模型和戴有矫治器的牙颌模型进行对齐时提供基准，所述隐形矫治器的有限元分析的定义单元属性选用体单元SOLID187，三维实体单元对模型结构局限性很小，且带中间节点的四面体单元不管结构多么复杂，总能轻易地划分出高质量的四面体，所述隐形矫治器的有限元分析的定义网格生成控制采用ANSYS的自由网格划分方式，对单元尺寸控制的相关参数进行设定，保证网格成功划分的同时减少单元数量，所述隐形矫治器的有限元分析通过约束隐形矫治器刚体位移对隐形矫治器施加约束，消除整体刚度矩阵的奇异性，同时保证该约束对结构的主要变形区的影响很小，所述隐形矫治器的优化可以获得隐形矫治器受载后变形情况的连续信息，从而减少隐形矫治器对拟不动牙齿的影响，使隐形矫治器达到更好的矫治效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：包括
隐形矫治器三维数字模型的构建，将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行布尔相减，对模型中存在的多边形缺陷进行修复，即完成隐形牙齿矫治器的三维数字模型的建立；
隐形矫治器的有限元分析，对隐形矫治器材料属性、网格划分和边界条件进行分析；
隐形矫治器变形结果，对牙齿施加向舌侧倾斜的位移载荷，取矫治器向唇侧外凸变形为正值，矫治器向舌侧内凹变形为负值，为隐形矫治器的优化提供基础；
隐形矫治器的优化，确定理想牙颌模型的优化部位，进而取变形量的最大值为理想牙颌牙冠的优化值。
优化结果验证，将优化的隐形矫治器与原来的隐形矫治器进行偏差对比，得到在拟不动牙齿部分的优化后隐形矫治器与原来隐形矫治器的偏差值，并与有限元分析得到的变形值进行对比；
其中，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分通过有限元分析软件ANSYS生成节点和单元，所述隐形矫治器的有限元分析的网格划分包括定义单元属性、定义网格生成控制和生成网格三个步骤，所述隐形矫治器变形结果的变形情况包括隐形矫治器拟移动牙齿部分的变形情况和隐形矫治器拟不动牙齿部分的变形形态，所述隐形矫治器的优化变形产生的矫治力是通过隐形矫治器的内表面与牙冠的唇侧或者舌侧面接触传递的。
2.根据权利要求1所述的一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器三维数字模型的构建中牙颌数字模型根据对齐标志点将配戴隐形矫治器的牙颌数字模型与理想牙颌数字模型进行拟合对齐。
3.根据权利要求1所述的一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器的有限元分析的定义单元属性选用体单元SOLID187。
4.根据权利要求1所述的一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器的有限元分析的定义网格生成控制采用ANSYS的自由网格划分方式。
5.根据权利要求1所述的一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器的有限元分析通过约束隐形矫治器刚体位移对隐形矫治器施加约束。
6.根据权利要求1所述的一种隐形牙齿矫治器的优化设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器的优化可以获得隐形矫治器受载后变形情况的连续信息。
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