光滑柱狀頸部構(gòu)型的微型種植體-骨界面應(yīng)力分布的三維有限元分析.pdf

1、目的:
　　 嚴(yán)重的錯(cuò)(牙合)畸形影響口腔功能、容貌外觀,甚至心理健康。隨著人們生活水平和對(duì)美觀要求的提高,要求正畸治療的患者逐漸增多。正畸治療過程中,支抗的控制是正畸治療成功的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的加強(qiáng)支抗的方法如橫腭桿、口外弓等已不能滿足治療的需求。微型種植體支抗作為一種骨性支抗形式的出現(xiàn),擴(kuò)大了矯治范圍,尤其使過去的疑難病例得到滿意的療效。但目前臨床應(yīng)用中微型種植體仍有大約7％～15％的失敗率,種植體的穩(wěn)定性成為影響其廣泛推廣的制約

2、因素。
　　 種植體的穩(wěn)定性受多方面因素的影響,如種植體植入手術(shù)、種植體形態(tài)、載荷、皮質(zhì)骨厚度等。隨著材料學(xué)的不斷發(fā)展,研究發(fā)現(xiàn)種植體.骨組織界面的生物力學(xué)相容性是影響種植體穩(wěn)定性的主要因素。種植體-骨界面的應(yīng)力、應(yīng)變是評(píng)價(jià)種植體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。種植體.骨界面在承受載荷后周圍骨組織的應(yīng)力分布狀況將直接影響種植體周圍的骨改建活動(dòng),從而影響種植體的穩(wěn)定性。當(dāng)種植體一骨界面受到過大、過于集中的應(yīng)力時(shí),周圍骨組織發(fā)生吸收,種植體的穩(wěn)定

3、性下降。有限元分析法是研究種植體生物力學(xué)的重要手段。研究證實(shí)種植體負(fù)載后應(yīng)力主要集中在種植體頸部的骨皮質(zhì)區(qū),如何避免種植體的頸部應(yīng)力集中受到學(xué)者們的關(guān)注。為了提高種植體的穩(wěn)定性,學(xué)者們通過有限元法和組織學(xué)研究對(duì)種植體的螺紋形態(tài)等做了大量的研究,目前對(duì)微種植體頸部構(gòu)型研究較少,形態(tài)很單一,基本上就是螺紋種植體。Motovoshi研究發(fā)現(xiàn)微種植體頸部設(shè)計(jì)為光滑柱狀可以降低應(yīng)力峰值,而對(duì)于光滑柱狀的高度沒有進(jìn)行研究探討。
　　 因此本

4、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了幾種不同高度的光滑柱狀頸部結(jié)構(gòu)的種植體,建立了兩種皮質(zhì)骨厚度的微種植體.頜骨的三維有限元模型,探討不同皮質(zhì)骨厚度、不同頸部柱狀高度對(duì)正畸力作用下骨界面的應(yīng)力分布的影響,為改善種植體構(gòu)型,提高種植體穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)。
　　 材料與方法:
　　 1實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　 計(jì)算機(jī):臺(tái)式,(Intelp(R)Core(TM)2DuoCpu,2.75oHz:4G內(nèi)存,windowsXP操作系統(tǒng))
　　 軟件包:

5、ANSYS12.0(Ansyslnc.Houston)
　　 2建立微種植體-頜骨的三維實(shí)體模型
　　 2.1建立兩種皮質(zhì)骨厚度的簡化模型:兩種皮質(zhì)骨厚度分別擬定為1mm(CBT1)和2mm(CBT2)。對(duì)一成年男性志愿者進(jìn)行下頜骨螺旋CT掃描并三維重建,設(shè)定下頜一側(cè)第二前磨牙與第一磨牙之間作為種植體植入部位,選擇此處的頜骨CT斷面,將斷面簡化成六邊形。頜骨外表面是皮質(zhì)骨,其余部分為松質(zhì)骨。六邊形斷面尺寸:上表面寬10.

6、89mm,中間寬18.2mm,下表面寬11.94mm,高39mm。然后用面拉伸成長20mm的六面體。
　　 2.2種植體形態(tài)設(shè)定:參照臨床常用的種植體幾何形態(tài),設(shè)定骨內(nèi)段長8mm、直徑1.6mm。種植體頸部為光滑柱狀,高度分別為0mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm。得到五種微型種植體模型分別為:
　　 種植體1:種植體骨內(nèi)段8mm為螺紋狀(臨床常用的微型種植體);
　　 種植體2:種植體骨內(nèi)段頸部0.5

7、mm高度為柱狀,其余7.5mm長度為螺紋狀;
　　 種植體3:種植體骨內(nèi)段頸部1.0mm高度為柱狀,其余7mm長度為螺紋狀;
　　 種植體4:種植體骨內(nèi)段頸部1.5mm高度為柱狀,其余6.5mm長度為螺紋狀;
　　 種植體5:種植體骨內(nèi)段頸部2mm高度為柱狀,其余6mm長度為螺紋狀。
　　 2.3種植體的植入位置及角度:在下頜第二前磨牙與第一磨牙之間,距離牙槽嵴頂5mm處垂直植入種植體。得到10個(gè)種植體.

8、頜骨模型分別為:
　　 模型1-1:CBT1-種植體1;
　　 模型1-2:CBT1-種植體2;
　　 模型1-3:CBT1-種植體3;
　　 模型1-4:CBT1-種植體4;
　　 模型1-5:CBT1-種植體5;
　　 模型2-1:CBT2-種植體1;
　　 模型2-2:CBT2-種植體2;
　　 模型2-3:CBT2-種植體3;
　　 模型2-4:CBT2-種

9、植體4;
　　 模型2-5:CBT2-種植體5。
　　 3載荷力大小和方向:在種植體項(xiàng)部施加2 N的正畸力。設(shè)定以(牙合)方為Y軸正向,以遠(yuǎn)中為X軸正向,以種植體長軸為Z軸。載荷點(diǎn)為種植體頂。加載方向?yàn)槠叫杏赬-Y平面(垂直于種植體長軸)、與X軸正向成30°夾角的方向(近中(牙合)向30度)。
　　 4對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,計(jì)算分析微種植體-骨界面應(yīng)力分布及應(yīng)變規(guī)律。
　　 結(jié)果:
　　 1建立了1

10、0個(gè)微種植體-頜骨的三維有限元模型,均具有較好的生物學(xué)相似性和幾何相似性:
　　 模型1-1:CBT1-種植體1;
　　 模型1-2:CBT1-種植體2;
　　 模型1-3:CBT1-種植體3;
　　 模型1-4:CBT1-種植體4;
　　 模型1-5:CBT1-種植體5;
　　 模型2-1:CBT2-種植體1;
　　 模型2-2:CBT2-種植體2;
　　 模型2-3:C

11、BT2-種植體3;
　　 模型2-4:CBT2-種植體4;
　　 模型2-5:CBT2-種植體5。2種植體-骨界面應(yīng)力分布:所有模型中骨界面的應(yīng)力峰值、位移峰值、應(yīng)力集中區(qū)都出現(xiàn)在微種植體頸部與皮質(zhì)骨接觸的范圍內(nèi);應(yīng)力在皮質(zhì)骨區(qū)迅速衰減,松質(zhì)骨區(qū)應(yīng)力和變形均較小;
　　 3種植體頸部構(gòu)型對(duì)骨界面應(yīng)力、應(yīng)變的影響:頸部構(gòu)型為光滑柱狀種植體-骨界面應(yīng)力分布較均勻,螺紋種植體-骨界面應(yīng)力分布較集中。傳統(tǒng)螺紋型種植體-骨

12、界面應(yīng)力峰值較高,兩種皮質(zhì)骨厚度模型的Von-Mises應(yīng)力峰值分別為6.65MPa(CBT1)和6.48MPa(CBT2),而頸部為柱狀的種植體-骨界面Von-Mises應(yīng)力峰值分別降低了42％-51％,(CBT1)、47.8％-55％(CBT2)。螺紋型微種植體-骨界面位移峰值分別為0.32μm(CBT1)、0.233μm(CBT2),頸部構(gòu)型為光滑柱狀的種植體-骨界面位移峰值分別降低了12％-18％(CBT1)、18.8％-23.

13、6％(CBT2)。
　　 4皮質(zhì)骨厚度對(duì)骨界面應(yīng)力、應(yīng)變的影響:皮質(zhì)骨厚度為2mm的模型骨界面和1mm的相比,皮質(zhì)骨應(yīng)力峰值降低了大約10％、位移峰值降低了20％左右;松質(zhì)骨應(yīng)力峰值大約降低50％、位移峰值降低了60％左右;皮質(zhì)骨為2mm時(shí)骨界面應(yīng)力分布更均勻;
　　 5頸部光滑柱狀部分的高度對(duì)骨界面應(yīng)力、應(yīng)變的影響:隨著頸部柱狀部分高度增加,骨界面應(yīng)力、應(yīng)變峰值有所降低,但變化不顯著;
　　 6微種植體的應(yīng)力分

14、布:頸部為光滑柱狀的種植體應(yīng)力、應(yīng)變峰值稍低于螺紋種植體;隨著頸部光滑柱狀部分高度增加,種植體的變形量有所降低,但變化不大。
　　 結(jié)論:
　　 1微型種植體頸部為光滑柱狀可以有效降低骨界面應(yīng)力、位移峰值,使骨界面應(yīng)力分布更均勻;
　　 2微型種植體頸部光滑柱狀部分高度增加,骨界面應(yīng)力、應(yīng)變稍有降低,但變化不大。
　　 3皮質(zhì)骨是承受載荷的主要部分,皮質(zhì)骨厚度增加能有效降低微種植體-骨界面應(yīng)力、應(yīng)變水平,