正畸力作用骨重建时牙周膜应力阈值的研究

Periodontal tissue remodeling is the biological basis of orthodontic tooth movement. The unique structure of periodontal ligament has the function of independent response to orthodontic force stimulation, and the reconstruction of alveolar bone. Bone remodeling and bone resorption, development and end of different periods of periodontium stress threshold to determine the effect of orthodontic process, to reveal the mechanism of periodontal tissue remodeling, have important significance to control and predict the effect of orthodontic tooth movement. To establish the animal model of orthodontic loading in situ, using digital correlation technology study on the effects of orthodontic force on periodontal ligament displacement field and strain field variation, and determine the micromechanics of mechanical properties of different parts of the periodontal membrane layer and region; by calibration method using tetracycline fluorescence, research bone resorption and formation rate; by the characteristics and changes of confocal laser study on dental microscope periodontal membrane fiber structure; the relationship between organizational performance and characteristics of the establishment of periodontal tissue of periodontal membrane mechanics; establish the mechanical model of orthodontic periodontal tissue after the analysis of the periodontal membrane stress and bone resorption and formation rate of the relationship. Finally, the relationship between the stress field of the periodontal ligament and alveolar bone reconstruction was analyzed by the finite element method and the finite element analysis. This study will provide the basis for clinical orthodontic force system design and dental clinical restoration.

牙周组织重建是正畸牙齿移动的生物学基础，牙周膜独特结构具备独立应答正畸力刺激，启动牙槽骨重建和吸收的功能。确定正畸过程中影响骨重建和骨吸收发生、发展和结束不同时期牙周膜的应力阈值，对于揭示牙周组织重建的发生机理，控制正畸牙齿移动和预测正畸效果具有重要意义。拟建立原位正畸加载动物模型，采用数字相关技术研究正畸力作用下牙周膜位移场和应变场变化规律，确定牙周膜不同部位和层区的细微观力学力学性能；采用四环素荧光标定法，研究骨吸收、形成速率；采用激光共聚焦显微镜研究牙周膜纤维结构的特征及变化；建立牙周膜力学性能与牙周组织的组织特征的关系；建立正畸后的牙周组织力学模型，分析牙周膜应力场和骨吸收及与形成速率的关系。最后对实验和有限元分析获得的牙周膜应力场和牙槽骨重建的关系进行总结分析，确定骨重建开始、最适、停止和破坏的牙周膜应力阈值。本研究将可为正畸临床上正畸力系统设计和口腔临床修复提供依据。

正畸治疗依靠牙周膜应答正畸力刺激，启动骨重建和骨吸收来实现牙齿移动。正畸力主要沿垂直牙长轴方向施加载荷；人在咀嚼时牙周膜受到平行于牙长轴方向的动态载荷。研究以上两个方向载荷下PDL不同层区的力学行为，总结牙周膜的力学性能规律，将可为临床上正畸力系统设计和口腔临床修复提供依据。.采用非接触数字图像相关技术，以猪下颌骨中切牙为实验对象，采用课题组自行研制的夹具配合M-100加载机，对PDL试样进行了：.①垂直牙长轴方向的非围限压缩蠕变、应力松弛相关实验，调查研究了PDL蠕变应变、蠕变柔量、松弛速率、松弛模量等力学性能参数；发现恒定应力作用下，牙周膜各层区蠕变应变呈S3>S2>S4>S1>S5规律变化，随着应力的增大，牙周膜相同层区的稳定后的恒定应变增大；恒定应变作用下，牙周膜各层区松弛应力呈S5>S1>S4>S2>S3规律变化，随着应变的增加，牙周膜相同层区的松弛应力逐渐增加。.②平行牙长轴方向的动态剪切实验，调查分析了动态拉伸载荷的幅值、频率变化对PDL剪切应变、应变率以及剪切蠕变柔量的影响，发现相同幅值载荷作用下，切应变率随频率的增加而减小，相同频率下，切应变率基本随幅值的增加而减小，且动态载荷作用下的切应变率均小于静态载荷。.课题组发现，PDL蠕变柔量变化趋势符合粘弹性流体特征，并从数学拟合、几何分析和实验验证三个方面进行验证。得到结论：牙周膜是一种符合粘弹性流体特性的生物材料。.采用ABAQUS 有限元软件，建立了包括下颌骨、牙齿及其牙周膜在内的三维有限元模型，调查分析了不同正畸力作用下，不同牙箍佩戴位置以及作用牙齿不同对牙周膜应力变化的影响，发现：相同正畸力作用下，应力值大小为中切牙＞侧切牙＞尖牙，牙周膜的最大应力值符合牙箍佩戴在牙齿上部>中部>下部的规律。研究结果可以为临床软正畸治疗提供一定的依据。.课题培养硕士研究生3名；已发表和被录用的论文（包括会议）5篇，其中，SCI检索3篇，EI检索1篇。参加国内学术会议5次。