课题基金基金详情
基于精密测量和数值模拟的牙周膜本构模型构建
结题报告
批准号:
81571005
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
严斌
依托单位:
学科分类:
H1507.牙缺损、缺失修复及牙颌畸形的矫治
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
汤文成、吴斌、谢理哲、朱政、黄辉祥、杨宇、王耀骏、曹丹、高鹏程
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中文摘要
牙周膜在正畸力作用下所产生的力学响应是研究正畸牙移动生物力学机制的关键,而力学响应的准确预测依赖于牙周膜的材料本构模型。前期研究中,本课题组从牙周膜微观结构出发,基于连续介质力学理论,创新性地提出了能描述牙周膜生物力学特性的横向同性的粘-超弹性模型,预实验成功提示本课题将精密测量实验与数值模拟有机结合的研究思路可行。因此本研究拟采用纳米压痕测试及自主研发的精密测量设备开展动物和人牙周膜生物力学特性体内外实验,以不同的应变率进行加载,获取蠕变、应力松弛等实验数据。根据前期建立的粘-超弹性模型对有限元分析软件进行二次开发扩展其材料模型,利用逆向有限元及最优化方法结合实验数据求解出牙周膜粘-超弹性本构模型参数。运用所获参数,对牙周膜生物力学特性体内实验进行数值模拟,通过与人体实验结果和临床实际对比修正以获得精确的人牙周膜本构模型,为制定口腔正畸治疗方案、创新矫治方法及预测治疗效果提供理论指导。
英文摘要
Understanding the mechanical response of the periodontal ligament to orthodontic force is critical for studying the biomechanical mechanism of orthodontic tooth movement. Accurate prediction of periodontal ligament response to force, however, relies on a material constitutive model of the periodontal ligament, which is yet to be developed. In preliminary studies, based on continuum mechanics theory, our group carefully examined the microstructure of the periodontal ligament, then innovatively established a new transversely isotropic visco-hyperelastic model to describe the biomechanical properties of the periodontal ligament. These proof-of-concept studies confirmed that it is feasible to combine precise experimental measurements with numerical simulation for model construction. Following this approach, the present study intends to use nanoindentation tests and self-developed precision measuring equipment to carry out experiments on animal and human periodontal ligaments in vivo and vitro. Experimental data such as creep, stress relaxation will be obtained by loading periodontal ligament specimens at different strain rates. Based on the established visco-hyperelastic model, we will further develop the material model of finite element analysis software through writing a user-defined material subroutine. The experimental data is used to obtain parameters for visco-hyperelastic constitutive model of the periodontal ligament by means of the inverse finite element analysis and optimization method. Using the constructed model, in vivo biomechanical properties of the periodontal ligament will be simulated. Then, to further optimize the accuracy of human periodontal ligament constitutive model, the results of numerical simulation will be adjusted by comparison with data from experiments and clinical practice. This constitutive model, after being verified, is expected to provide theoretical guidance to develop orthodontic treatment plan, create new orthodontic method and predict the therapeutic effect.
牙周膜在正畸力作用下所产生的力学响应是研究正畸牙移动生物力学机制的关键,而力学响应的准确预测依赖于牙周膜的材料本构模型,但是现有模型并不精确完善。本课题组采用精密测量实验与数值模拟有机结合的研究思路,进行了动物和人牙周膜的体外实验及人体内测试,获得了人牙周膜超弹性、粘弹性本构模型及其参数,并进行有限元仿真验证,通过实验结果进一步修正人牙周膜本构模型。具体完成内容如下:①构建了牙周膜测试样本及测试平台,通过纳米压痕测试仪、动态热力学分析仪、万能力学试验机及自主研发的拉伸实验台开展了小型猪、比格犬和人牙周膜的生物力学特性体外实验。获得蠕变、应力松弛、应力应变数据,并统计分析归纳了不同牙位、部位的结果差异,和不同的应变率、载荷、频率等因素对于实验结果的影响。②实现了体内正畸牙受力和体内长期牙移动分析,获得了牙移动距离的三维测量数据,并通过构建体外模型模拟牙周膜体外瞬时移动,将所获结果与模型仿真和临床实际对比修正,进一步完善人牙周膜本构模型。③构建三参数和五参数的人牙周膜粘弹性本构模型,并基于所获实验结果反求模型参数。④在此基础上构建三维有限元仿真模型,进行实验和临床牙移动仿真,验证了模型的正确性和有效性,指导临床。本项目较为精确的研究牙周膜的生物力学特性,探究正畸力和牙齿位移之间的关系,所构建的粘弹性本构模型相较于以往的模型更适用于描述牙周膜的性质,为制定口腔正畸治疗方案、量化正畸治疗、创新矫治方法及预测治疗效果提供理论指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2018
期刊:东南大学学报(医学版)
影响因子:--
作者:吴斌;鹿如鑫;严斌;谢理哲;赵思雨;黄辉祥;杨宇;汤文成
通讯作者:汤文成
Buccally impacted maxillary canines increase the likelihood of root separation in adjacent first premolars
颊侧阻生的上颌尖牙增加了相邻第一前磨牙牙根分离的可能性
DOI:10.1111/odi.12566
发表时间:2017-01-01
期刊:ORAL DISEASES
影响因子:3.8
作者:Cao, D.;Zhu, L.;Sun, Z.
通讯作者:Sun, Z.
DOI:10.1186/s12938-018-0607-0
发表时间:2018-11-23
期刊:Biomedical engineering online
影响因子:3.9
作者:Wu B;Fu Y;Shi H;Yan B;Lu R;Ma S;Markert B
通讯作者:Markert B
DOI:10.1142/s0219519417400292
发表时间:2017-11
期刊:Journal of Mechanics in Medicine and Biology
影响因子:0.8
作者:Wu Bin;Zhu Yunyun;Lu Ruxin;Yan Bin;Fu Yipeng;Zhao Siyu;Huang Huixiang
通讯作者:Huang Huixiang
DOI:10.1016/j.jmbbm.2017.01.035
发表时间:2017-04-01
期刊:JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS
影响因子:3.9
作者:Huang, Huixiang;Tang, Wencheng;Yan, Bin
通讯作者:Yan, Bin
CCR2+巨噬细胞通过ATF3/SAA3轴调控正畸骨改建的机制研究
  • 批准号:
    82371000
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    严斌
  • 依托单位:
巨噬细胞经内质网应激IRE1α通路加速正畸牙移动的机制研究
  • 批准号:
    82071143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    严斌
  • 依托单位:
国内基金
海外基金