材料与方法
1.1 实验设备
某组装台式计算机（Window 10 系统，处理器：Intel 酷睿 i78700K，显卡：DUAL-GeForce RTX2070-A8G，内存 32G，256G 极速固态硬盘，1T 机械硬盘），三维建模软件 Mimics 21.0 三维重建软件（比利时 Materialise 公司），GeomagicStudio 2017 逆向工程处理软件（美国 Raindrop 公司），Solidworks 2017 三维软件（法国 Dassault，ANSYS 17.0 有限元分析软件（美国 ANSYS 公司）。
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1.2 牙列其颌骨三维模型建立
采集一位在南平市光泽县肖超口腔门诊部就诊的成年患者，牙齿排列整齐，牙周状况良好，告知患者本研究目的及研究方法，获得知情同意后签署志愿者同意书。使用德国卡瓦有限公司的 KaVo3DeXami 大视野口腔椎束 CT，采用非晶硅平板探测器，95KV 射线，最短曝光时间：1.4s，最高分辨率：80μm，管电流输出范围：2-12.5mA，重建时间 CT< 60s，自眶上缘上 5cm 间隔扫描，至下颌骨下缘下 5cm 后，边缘清晰，最后以 DICOM3.0 格式输出。把获取的 DICOM 格式的 CT 数据通过交互式医学影像控制系统 Mimics 21.0 中的 New Project Wizard命令导入（如图 1-3 所示）。由于人体不同组织的灰度值不同，可观察到口腔外的其他组织结构，但每个组织结构之间的灰度值突变不显著，因此需要增强 CT图像并调整各自结构 CT 断层图的阈值进行分割提取三维重建。采集 DICOM 格式原始数据并将原数据导入 Mimics 软件。
依据不同组织的灰度值进行自动化阈值分割区分，调整牙列的阈值范围，牙列的阈值范围 Min：1200，Max：3071，建立牙列的 Mask 层，初步分离出牙槽骨以及牙齿等组织（如图 2 所示）。利用 Mask 建立各个部分结构模型，利用 SplitMask 工具分割保留颌骨，去除部分为其他所有，再利用 Edit Mask 的套锁 Erase命令擦除所有其他多余部分；调整骨的阈值范围（Min：226；Max：3071），建立骨的 Mask 层（如图 3 所示）。利用 Split Mask 工具分割保留部分颌骨，去除其他部分，利用手工编辑图层工具擦除多余的部分或者补上缺失的部分，从而得到颌骨及牙列的三维模型（如图 4 所示）。使用 Calculate 3D 工具计算生成上下颌骨和上下颌牙列，进而可导入 Geomagic 软件，对模型分别进行 Smoothing 处理，填补孔和光滑表面，初步建立相应三维模型，导出 STL 格式模型数据文件（图1-4）。
临床医学论文参考
结果
2.1 不同尺寸的方丝弓和带状弓（以下简称两种弓丝）转矩力矩/转矩角度改变情况
上下切牙加载转矩，工况一、工况二及工况三、工况四模型内两种弓丝的转矩力最终结果以数值保存，两种弓丝均是弓丝越大，转矩力越大。详细转矩力数值见表 3-4。
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2.2 前牙受力云图分析
在这 4 组工况中，前牙在受到转矩力时，方丝弓组与带状弓组受力云图均符合转矩受力变化规律。工况一水平槽沟上 0.017×0.025 英寸方丝弓，在弓丝加载转矩后，上侧切牙唇侧根尖部分受到少量压迫力，中切牙唇侧，根尖基本未受到压迫力，有一定的牵张力（图 15）。随着工况二中弓丝变化为 0.019×0.025 英寸方丝弓，上前牙唇侧根尖部均受到均匀的压迫力，牵张力变小，舌侧根尖部受力部分依然为牵张力（图 17）。对比工况一垂直槽沟上 0.025×0.017 英寸带状弓，上前牙较对照组 0.017×0.025 英寸方丝弓，上前牙根尖部受到较为明显的压迫力，较少的牵张力，但是唇侧根尖部压迫力不是较为均匀（图 16）。随着工况变化，0.025×0.019 英寸带状弓唇侧根尖受到的压迫力也更加明显，更加均匀，根尖舌侧受力部分依然为牵张力（图 18）。工况三、工况四下前牙唇侧根尖部受力云图显示均受到比较明显的压迫力，牵张力较少，但 0.025×0.019 英寸带状弓下前牙唇侧受到压迫力最大，且最均匀，基本无牵张力，舌侧根尖部以牵张力为主（图19-22）。唇侧根尖压迫力越大越均匀，舌侧受到牵张力大，则表明牙齿根尖受到的转矩力越大，因此根据受力云图显示前牙的带状弓组转矩力值大于方丝弓组。
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讨论.........................................25
3.1 三维有限元实验设置与可行性.................................25
3.2 实验及材料的设定与可能影响的因素选择........................25
3.3 前牙正确转矩的意义..........................................26
3.4 槽沟方向及弓丝对转矩的影响.............................27
3.5 临床现有唇侧方丝弓与带状弓............................29
结论.................................30
讨论
3.1 三维有限元实验设置与可行性
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。早在上世纪四十年代，就有学者将有限元分析的思想应用到航空领域。而后口腔行业有学者[18]将三维有限元应用到牙周方向，从此三维有限元分析法开始在口腔各个领域开始应用，在口腔正畸学中，三维有限元分析也大量应用[19]。早期的有限元分析采用实体手工建模，工作量比较大，过程相对繁琐，随着科技与计算机的进步，通过电脑三维建模，工作量相对缩小，通过计算机计算等等方法，减小了因人工操作造成的误差故其准确性也变得更高，过程也变得简单，对口腔正畸力学、牙齿移动量以及牙周膜等等因素能够起到有效准确的分析。上世纪九十年代开始，我国卢海平等诸多学者[20,21]在口腔正畸学进行了三维有限元研究，并建立相关的正畸三维模型等等。经过近四十年的发展，三维有限元在正畸中的应用已经得到大力发展并获得广大正畸医学工作者的普遍认可。
本实验对牙槽骨、牙齿、牙周膜、托槽、弓丝的材料属性设定，参照了多个文献中的设定[22-26]，实验材料设定合理。在弓丝的材料上设定实验选择了不锈钢丝，尽管在许多研究中，认为β钛合金丝（TMA）是临床上较好的关闭间隙与表达转矩的理想材料[27,28]，但实际在临床使用中，贝塔钛合金丝（TMA）由于其价格昂贵，并未得到普及应用。反观，不锈钢丝由于其性能居中，价格低廉，依旧是临床中使用中最广泛的弓丝，因此本实验弓丝材料选择使用了不锈钢丝材料属性作为设定。在三维有限元实验中，托槽与弓丝的结合无法做到临床中的普通结扎丝或自锁方式结扎，因此我们参照了其他研究中[29]设定，将弓丝与托槽的接触关系、牙齿与托槽的接触关系以及牙齿、牙槽骨与牙周膜的接触关系均设定为绑定（Bonded）接触，牙齿与牙齿之间的接触关系设定为滑动接触。
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结论
本研究设立了带状弓丝与方丝弓丝，垂直槽沟唇侧托槽和水平槽沟唇侧托槽的三维模型，结果显示，带状弓唇侧托槽转矩力值在上下切牙上是大于方丝弓唇侧托槽（尺寸相同-槽沟朝向不同）。黄思源[59]等人也得出垂直槽沟托槽转矩性能优于水平槽沟托槽的结论，瞿杨[60]在研究中也提出类似观点，这些结论与观点均和本研究接近，本研究建立了上下中切牙以及侧切牙的不同的有限元模型来做对比：相同方向的弓丝与托槽槽沟装载不同尺寸的弓丝，传统弓丝组，弓丝越大转矩力值越大，根尖受力云图显示压迫力越大；带状弓组，弓丝越大转矩亦越大，根尖受力云图显示受压迫力力越大，对比了上下前牙唇侧托槽上装载不同尺寸-方向相同的弓丝转矩力值大小。相同的弓丝尺寸、槽沟大小的唇侧托槽，但不同弓丝与槽沟方向，分为水平槽沟与垂直槽沟，方丝弓装载在水平槽沟上的根尖应力云图（图 15、17、19、21）分别与带状弓装载在垂直向槽沟上的根尖应力云图（图 16、18、20、22）对比，上下前牙的方丝弓组受到根尖压迫力均小于带状弓组，带状弓组受力云图显示根尖受力较方丝弓组均匀；因此对比了相同尺寸不同方向的带状弓与方丝弓的转矩力值大小。本实验结果显示，弓丝越大其转矩力值越大，在上下前牙唇侧托槽系统上垂直方向槽沟上装载带状弓最为显著。
综上所述，方丝弓和带状弓加载转矩后在唇侧托槽前牙系统中表达转矩力大小有所不同，带状弓转矩力值大于方丝弓。
参考文献（略）