平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體骨界面應(yīng)力分布三維有限元分析.pdf

1、目的：口腔種植技術(shù)是目前臨床上針對牙齒缺失患者的較為理想的修復(fù)技術(shù)。一個(gè)讓人滿意的種植修復(fù)體應(yīng)該具有良好的生物相容性和相應(yīng)的力學(xué)相容性，可以和人體牙槽骨組織直接接觸形成骨結(jié)合，國內(nèi)外對種植體的研究主要集中在骨結(jié)合界面、種植體生物力學(xué)方面和種植體材料及表面工藝等方面,而平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體是近年來臨床上新發(fā)展的一種種植體設(shè)計(jì)，因其良好的穩(wěn)定性目前已成為臨床研究的一大方向，而針對其種植體的應(yīng)力分布基礎(chǔ)研究少有報(bào)道，三維有限元分析是研究人工牙種植體

2、應(yīng)力分布最為常用的分析方法，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，對平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體及非平臺(tái)設(shè)計(jì)種植體骨界面進(jìn)行應(yīng)力分布對比分析，通過比較兩種不同表面形態(tài)種植體骨界面應(yīng)力分布及應(yīng)力峰值，探討平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體及非平臺(tái)設(shè)計(jì)種植體對骨界面應(yīng)力分布的影響，為種植體的臨床設(shè)計(jì)與選擇提供參考。
　　方法：依據(jù)成人下頜骨CT掃描結(jié)果，在ANSYS中建立下頜骨三維模型。設(shè)計(jì)平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體模型以及對照組非平臺(tái)轉(zhuǎn)移兩種種植體模型，建立下頜骨—種植體的幾何模

3、型，將模型以sat格式導(dǎo)入Ansys Workbench中，在Ansys Workbench中可以顯示模型的整體和各個(gè)部分。材料力學(xué)參數(shù)模型中所有材料均采用各向同性的線彈性假設(shè)，將下頜骨兩側(cè)髁突頂端所有節(jié)點(diǎn)自由度予以剛性約束，以阻止下頜骨的位移，模型中界面兩種材料在載荷下不發(fā)生相對滑動(dòng)。在種植體上表面分別施加以下兩種載荷工況的均布載荷以模擬種植體真實(shí)受力情況：(1)垂直于種植體上表面(由牙合面垂直向下)的100N均布載荷。(2)與種植體

4、軸線成30°夾角向下，由唇頰側(cè)指向舌側(cè)的100N傾斜均布載荷。應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS10.0將加載條件的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，通過ANSYS10.0軟件對各組模型進(jìn)行計(jì)算，得出模型加載后的的三維應(yīng)力圖像以及各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值，從而對結(jié)果進(jìn)行分析，觀察在垂直加載和傾斜加載時(shí)應(yīng)力分布及應(yīng)力集中情況。
　　結(jié)果：
　　1、垂直加載種植體應(yīng)力峰值結(jié)果
　　平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體：最大應(yīng)力值：28.780 Mpa；最小值：0.873 Mp

5、a；差值27.907 Mpa。非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體：最大應(yīng)力值：44.804 Mpa；最小值：0.885 Mpa；差值43.919 Mpa。兩者差值百分比63.54％(Fig.11)。
　　2、傾斜加載種植體應(yīng)力峰值結(jié)果
　　平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體：最大應(yīng)力值：105.63Mpa；最小值1.000 Mpa；差值104.630Mpa。非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體：最大應(yīng)力值：113.570Mpa；最小值：0.391 Mpa；差值113.179Mpa。

6、兩者差值百分比92.45%(Fig.12)。
　　根據(jù)傾斜載荷條件的加載方向，舌側(cè)為受壓區(qū)，頰側(cè)為受拉區(qū)。從傾斜載荷下的側(cè)向等效應(yīng)力云圖對比中可以看出(Fig.17,18)，兩個(gè)種植體在傾斜載荷條件下的等效應(yīng)力水平均出現(xiàn)在皮質(zhì)骨上緣，且為舌側(cè)大于頰側(cè)。這說明在傾斜載荷條件下，應(yīng)力主要集中在皮質(zhì)骨上緣?？梢詫A斜載荷分解為水平方向的載荷和豎直方向的載荷，從而分析出在豎直載荷條件下，皮質(zhì)骨上緣部位的整體應(yīng)力是受壓的。非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體較

7、平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體在轉(zhuǎn)移平臺(tái)處也就是牙頸部承受了更大的壓力。
　　3、加載后應(yīng)力云圖應(yīng)力分布結(jié)果
　　由應(yīng)力云圖分布結(jié)果可以看到，非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體在垂直載荷和傾斜載荷條件下的最大等效應(yīng)力比平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體大。非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體相較平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體在傾斜載荷下的縱切等效應(yīng)力云圖頸部承受了更大應(yīng)力，而平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體則在頸部承受應(yīng)力相對較小。
　　而就應(yīng)力值來說可以看到，平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體較非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體應(yīng)力更小外，提示頸部更是應(yīng)力集中

8、的區(qū)域。由對比中可以看到，非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體較平臺(tái)轉(zhuǎn)移植體皆存在較大差別的應(yīng)力，而此應(yīng)力在種植體頸部傾斜加載下應(yīng)力差別最大，而平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植并未改變種植體應(yīng)力集中區(qū)域。
　　結(jié)論：
　　1、在不同載荷情況下，平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體應(yīng)力峰值較非平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體應(yīng)力峰值更小，應(yīng)力分布更均勻，對骨結(jié)合的形成和骨結(jié)合的位置更有利。
　　2、平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植并未改變種植體應(yīng)力集中區(qū)域，其種植體的應(yīng)力集中區(qū)域仍在植體頸部，但其減小了種植體應(yīng)力峰值。