Ⅱ类错牙合是临床常见的错牙合畸形之一,下颌后缩是II类错牙合畸形的重要特征之一,青少年Ⅱ类错牙合畸形中下颌后缩占46%[1]。下颌后缩畸形严重影响患者的颜貌和功能,根据畸形性质、程度和形成机制,在不同时期应用功能矫治器进行下颌前导是矫治的关键之一。下颌前导功能矫治器依据固位方式不同分为可摘式和固定式。早期功能矫治器大多系可摘式的,矫治下颌后缩往往需双期矫治。近年来,以Forsus为代表的固定式功能矫治器以体积小、弹力持久均匀、矫治力易于控制、安装简便和整体疗程较短等优点,受到了正畸医师的广泛关注,代表了功能矫形治疗发展的趋势。目前,Forsus矫治器的研究主要停留在临床研究阶段,尚未见相关的生物力学研究报道。数值仿真分析是口腔生物力学研究的主要手段之一,是数学科学与计算机技术结合的一种技术,已广泛应用于生物力学的研究。采用数值分析方法对Forsus矫治力系进行仿真分析,利于分析不同前导工况下的力学效应及矫治器的改良,并促进该矫治技术在临床的进一步使用。1本研究紧密结合临床原型,基于成熟的三维有限元快速建模方法,将CT扫描技术、Mimics8.0与Abaqus6.5相结合,利用弹性元件、粘性元件和塑性元件的组合构建骨的粘弹塑性本构关系,建立“Forsus-牙列-上下颌骨-颞下颌关节”三维整体模型。实验中模拟研究Forsus导下颌向前不同工况下牙列、颌骨、颞下颌关节的力学分布状况,重点观察牙齿、颌骨和颞下颌关节的应力场和位移场的变化。在计及粘弹塑性基础上,采用Abaqus6.5运动仿真技术动态分析Forsus反作用力推上颌第一磨牙向远中的力学效应,为Forsus进一步使用和改良提供力学理论依据。基于各向同性、非线性、具有粘弹塑性的“Forsus-牙列-上下颌骨-颞下颌关节”模型,在不同下颌前导的工况下,Forsus导下颌向前时应力衰减不明显,没有明显应力松弛区域,即时效分析颌骨改建是个较缓慢的过程。尤其是加载角度偏离基准线越远,颏部前伸位移越明显;下颌骨逆时针旋转比顺时针旋转前伸位移更明显;因此Forsus加载角度推荐范围在0°与25°之间。当转动中心位于下切牙切缘,下颌骨向前的旋转方式有利于II类错牙合畸形的治疗。生长型不利的患者,可通过调整Forsus加载角度,增加下颌有利的自动旋转方向,利于侧貌的改善。Forsus前导下颌后位移场仿真分析发现髁突生长改建范围在1.0到3.0mm之间,符合生理范围内的改建。当矫形力矢量通过磨牙冠颊侧表面的中心时,辅以Mt/F = 9的反倾斜力偶和Mr/F = 5的反旋转力偶,将获得第一磨牙的远中平移效果。本研究建立了具有一定粘弹塑性生物力学特性的“Forsus-牙列-上下颌骨-颞下颌关节”各向同性、非线性的三维整体模型,几何相似性和力学相似性较高,可拆分并模块化应用,为深入探讨前导下颌的Forsus生物力学效应提供了研究平台。此外,通过模拟研究不同前导工况下的Forsus矫治力系分布效应,为其进一步的临床应用和改良提供了有利的借鉴。