圖 2-1 研究流程圖
2-1 影像處理
本研究使用一位男性志願者作為樣本，臨床醫師確認沒有嚴重的齲 齒等缺損情況，進行高精度的電腦斷層掃描(Computed Tomography scan，
CT scan) 。 之 後 使 用 生 物 醫 學 三 維 影 像 分 析 軟 體 (Amira 4.1,Mercury Computer Systems Inc., Germany)進行生理解剖構造判讀和初步的三維模 型建構。
圖 2-2 三維影像
選用最佳的灰階值範圍，辨別生理特徵後進行輪廓的圈選。將各個 所需的物件個別圈選出來，初步模型物件包含下顎右側各牙體、下顎皮 質骨和下顎疏鬆骨。
圖 2-3 初步模型
2-2 實體模型建立
在電腦輔助工程設計軟體 Solidworks 2008, (Dassault Systemes S.A.
France)進行最後的三維模型建構和修整。依照初步模型的幾何外觀描繪 出輪廓線，在依照輪廓線疊層拉伸，產生實體模型。
圖 2-4 第二大臼齒實體模型建構
2-2-1 適當簡化
為了縮減有限元素分析計算時間和減少影響變數，並凸顯操作變因 微型骨釘的結果，本研究所使用的模型加以適當簡化。牙冠和牙根的幾 何外型為牙齒移動的重要關鍵之一，在可保有完整幾何外型之條件下將 牙齒解剖構造簡化為單一材料進行分析運算[23]。牙齒矯正的治療過程與 範圍力量多落在下顎體的齒槽骨，對不影響矯正治療的部分在模型上移 除，減少整體體積，縮短運算時間。
2-2-2 對稱分析
對稱分析的目的是為了節省的運算時間。對稱可直接將模型的體積、
施力條件、固定條件和接觸面設定數量減半，達到大量減少運算時間。
對稱分析需要模型的幾何外型對稱，施力條件、固定邊界和接觸面設對 稱，分析結果呈現完全對稱。本研究中則將下顎骨與齒列簡化為對稱分 析
圖 2-5 整理後的下顎模型
2-2-3 重新定義坐標軸
原點重新定義在兩個髁狀突之間並以 XZ 平面平行於矯正托架 (bracket)的位置。X 軸在原點向左為正向右為負，Y 軸向上為正向下為負，
Z 軸向前為正向後為負。為使結果數值可以更直觀更容易判斷，Y 軸的 位移變化量正值表示上升或拔起，負值為下沉或下降；X 軸上位移變化 量的正值和負值分別表示小臼齒和大臼齒的移動方向往舌側和頰側移動；
Z 軸位移變化量的正值或負值代表矢狀面上的前或後位移。
2-2-4 牙周膜韌帶
牙周膜韌帶(Periodontal Ligament)是由牙根的幾何外型往外擴張建 構。牙周膜韌帶的特性極為複雜，每顆牙齒的牙周膜韌帶情形並不一致，
牙周膜韌帶在不同位置亦會有不一樣的厚度。經過文獻蒐集和統整，本 研究假設牙周膜韌帶的厚度均為 0.25 mm[21,23,25-49]。
2-2-5 矯正器具
三維立體模型中的矯正托架，頰側管(buccal tube)和矯正鋼線的分別 是依照市售大小和尺寸建構，矯正托架的水平溝槽為 0.022*0.022 英吋，
矩形矯正鋼線為 0.022*0.016 英寸[21,23,25]。
每個矯正托架在牙齒上的排列和矯正鋼線的放置，都與臨床醫師進 行多次的討論和修改。
圖 2-6 矯正托架和頰側管
2-3 有限元素分析
匯入有限元素分析軟體進行網格化，此模型包括牙齒(門齒、側門齒、
犬齒、第一小臼齒、第二小臼齒、第二大臼齒)、對應每顆牙齒的牙周膜 韌帶、對應每顆牙齒的矯正托架、矯正鋼線和下顎骨(皮質骨、疏鬆骨)。
矯正托架和矯正鋼線的元素大小設定為 0.4 mm，牙齒和牙周膜韌帶 的元素大小則設定為 0.6 mm，下顎骨(皮質骨、疏鬆骨)的元素大小為 0.8 mm。總節點數量 518179，總元素數量 173508。
圖 2-7 牙齒網格模型
(門齒、側門齒、犬齒、第一小臼齒、第二小臼齒、第二大臼齒)
圖 2-8 牙周膜韌帶網格模型
圖 2-9 矯正托架、頰側管架和矯正鋼線網格模型
圖 2-10 下顎網格模型(疏鬆骨、硬質骨)
圖 2-11 模型網格上視圖
圖 2-12 模型網格右視圖
2-3-1 材料設定
所有的模型物件皆已假設材料等向性、均質性、線彈性，所使用的 數值皆列於表 2-1。
表 2-1 材料參數表[21,23,25-49]
楊氏係數(MPa) 蒲松氏比(Poisson's ratio)
牙齒 20000 0.3 數為 0.2[21,23,25,50,51]。
2-3-3 邊界條件
大臼齒後方的截斷面在三個軸向都設為固定(位移量為零)。在對稱面 只固定 X 軸向，讓模型可以在 Y 軸 Z 軸上活動。
圖 2-13 完全固定邊界示意圖
圖 2-14 對稱邊界示意圖
2-3-4 施力條件
2-3-5 限元素分析結果觀察
分析兩個不同牙根尖在齒槽骨做為起點往下 3 mm 到 7 mm 深度的結 果，觀察牙體的牙根位置之等效應力分佈與等效應力最大值。記錄下門 牙、側門牙、犬齒和第一小臼齒的牙尖峰和牙根的三軸位移量的變化。
由於矯正力施加在第二大臼齒上的頰側管上，經由矯正鋼線為媒介傳遞 力量，對於第一個接觸做為錨定牙的第二小臼齒造成之影響大於其他的 錨定牙。因此觀察的標記點除了牙根之外還有頰側牙尖端、舌側牙尖端、
咬合面的近心和咬合面的遠心這四個觀察點。第二大臼齒觀察頰側的近 遠心和舌側的近遠心，雙牙根尖，歸類為近遠心共六個點。
圖 2-15 門牙、側門牙、犬齒、第一小臼齒的牙根、牙尖取資料點示意圖
圖 2-16 第二小臼齒和第二大臼齒的牙根取資料點示意圖
圖 2-17 第二小臼齒的取資料點示意圖
圖 2-18 第二大臼齒的資料取點示意圖