不同骨質條件下種植體直徑和長度的生物力學優(yōu)化分析和選擇.pdf

1、種植義齒因具有傳統(tǒng)活動義齒、固定義齒無法比擬的優(yōu)勢，在近十幾年中得到了長足的發(fā)展，越來越受到患者的青睞。雖然種植修復具有高達90％以上的遠期成功率，但臨床上仍不時有種植修復失敗的病例報道，包括種植體的折斷、松動，甚至于最后的脫落等，頜骨局部負荷過大引起的種植體周圍骨吸收則是造成種植修復失敗的主要原因之一。而種植修復的生物力學特性則在保障種植修復的遠期成功率方面起著非常重要的作用。大量的研究結果表明，影響種植體生物力學傳遞的因素主要包括：

2、種植體材料、種植體設計、修復體設計、頜骨的生物力學特性和咬合力的加載方式等。相對于其它影響因素而言，種植體直徑、長度的優(yōu)化選擇和頜骨質量在影響種植修復的遠期成功率方面起著更為重要的作用。
　　在以往的關于種植體直徑和長度的研究報道中，多為直徑或長度的單因素、離散組合分析，其不能準確的反映種植體直徑和長度同時、連續(xù)變化對頜骨應力和種植體穩(wěn)定性的影響，同時目前尚未見種植體直徑和長度在不同頜骨質量時相互關系的報道。本課題擬借助Pro/E

3、和AnsysWorkbench機械工程優(yōu)化分析方法，對不同骨質條件下種植體的直徑和長度進行系統(tǒng)的生物力學優(yōu)化分析，為臨床選擇種植體提供生物力學理論參考。
　　實驗一：應用Pro/E參數(shù)化建模軟件，繪制種植體、皮質骨、松質骨、冠修復體的三維實體模型，應用Pro/E的自適應裝配功能，建立可隨種植體宏觀結構參數(shù)自適應改變的種植體骨塊三維實體模型。應用Pro/E與AnsysWorkbench軟件的無縫雙向參數(shù)傳遞功能，將實體模型導入Ans

4、ysWorkbench軟件中劃分單元，建立可隨種植體宏觀結構參數(shù)自適應改變的種植體骨塊三維有限元模型，力學加載后進行模型準確性的檢測。該模型的建立為后期真正意義上的種植體優(yōu)化選擇提供了技術平臺。
　　實驗二：I類骨質下，設定種植體直徑(D)和長度(L)為設計變量（DesignVariable，DV），D變化范圍為3.0-5.0mm，L變化范圍為6.0-16.0mm，設定頜骨平均主應力（Equivalent應力，EQV應力）峰值和種

5、植體-基臺復合體位移峰值為目標函數(shù)（ObjectiveFunction，OBJ），觀察DV變化對OBJ的影響。同時進行OBJ對DV的敏感度分析。結果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，垂直向（Axial，AX）加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低54.5％和70.2％；頰舌向（Buccolingual，BL）加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低了73.5％和75.1％；AX和BL加載下，種植體-基臺復合體位移峰值分別降低了51.4％和7

6、3.8％。在各種加載下，當D大于3.8mm同時L大于9.0mm時，單DV的響應曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D比L對OBJ的影響更明顯。結果提示I類骨質下，種植體直徑比長度更易影響頜骨的應力大小和種植體的穩(wěn)定性；在臨床上選擇種植體時，種植體直徑應不小于3.8mm，種植體長度應不小于9.0mm。
　　實驗三：II類骨質下，DV、OBJ的設定及觀察指標同實驗二。結果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，AX加載下，皮

7、、松質骨的EQV應力峰值分別降低67.9％和75.0％；BL加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低了64.9％和65.4％；AX和BL加載下，種植體-基臺復合體位移峰值分別降低了53.7％和73.7％。在各種加載下，當D大于3.85mm同時L大于9.0mm時，單DV的響應曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D比L對OBJ的影響更明顯。結果提示，II類骨質下，種植體直徑比長度更易影響頜骨的應力大小和種植體的穩(wěn)

8、定性；在臨床上選擇種植體時，種植體直徑應不小于3.85mm，種植體長度應不小于9.0mm。
　　實驗四：III類骨質下，DV、OBJ的設定及觀察指標同實驗二。結果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的增加，AX加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低65.3％和76.8％；BL加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低了76.1％和78.0％；AX和BL加載下，種植體-基臺復合體位移峰值分別降低了60.6％和77.0％。在各種加載下，當D大于3.9

9、5mm同時L大于10.5mm時，單DV的響應曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D和L分別有利于BL和AX加載下的應力分布，并改善種植體的穩(wěn)定性。結果提示，III類骨質下，種植體的直徑和長度在保障種植體的遠期成功率時都起著重要的作用；在臨床上選擇種植體時，種植體直徑應不小于3.95mm，種植體長度應不小于10.5mm。
　　實驗五：IV類骨質下，DV、OBJ的設定及觀察指標同實驗二。結果發(fā)現(xiàn)，隨著D和L的

10、增加，AX加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低63.9％和87.9％；BL加載下，皮、松質骨的EQV應力峰值分別降低了76.2％和92.7％；AX和BL加載下，種植體-基臺復合體位移峰值分別降低了63.6％和74.7％。在各種加載下，當D大于4.0mm同時L大于11.0mm時，單DV的響應曲線切斜率位于-1和0之間。通過OBJ對DV的敏感度分析發(fā)現(xiàn)，D和L分別有利于BL和AX加載下的應力分布，并改善種植體的穩(wěn)定性。結果提示，IV類

11、骨質下，種植體的直徑和長度在保障種植體的遠期成功率時都起著重要的作用；在臨床上選擇種植體時，種植體直徑應不小于4.0mm，種植體長度應不小于11.0mm。
　　綜上所述，從I類到IV類骨質，相同直徑和長度的種植體傳遞至頜骨的應力和種植體的位移隨之增加。從I類到IV類骨質，種植體直徑變化造成的頜骨的應力和種植體的位移變化幅度逐漸減小；種植體長度變化造成的頜骨的應力和種植體的位移變化幅度逐漸增加。不同骨質情況下，種植體直徑和長度的優(yōu)化