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近年來，隨著人們對口腔健康的重視程度逐漸提高，種植義齒成為牙齒缺失修復(fù)的最佳方式。成功的種植義齒首先需要達(dá)到良好的種植體骨結(jié)合，其次種植體周軟組織的健康狀態(tài)、種植體-骨界面的應(yīng)力分布等因素也不容忽視。種植體周異常骨吸收會(huì)直接影響種植義齒的遠(yuǎn)期修復(fù)效果，因此學(xué)者們針對其展開了廣泛深入的研究。種植體-骨界面的生物力學(xué)效應(yīng)，尤其是其界面上的應(yīng)力分布在一定程度上影響骨吸收，進(jìn)而影響種植修復(fù)成功率。國內(nèi)外的學(xué)者通過各種方法如改變種植體的形狀、直徑、長短、螺紋等，尋求更合理的應(yīng)力分布，以提高種植義齒的遠(yuǎn)期成功率。
近年，也有學(xué)者提出了仿生型種植體的設(shè)想，以模仿天然牙周膜的方法改善其界面應(yīng)力，但此類研究較少報(bào)道。實(shí)驗(yàn)通過三維有限元分析的方法，對新結(jié)構(gòu)種植體的種植體-骨界面皮質(zhì)骨區(qū)應(yīng)力與無螺紋的傳統(tǒng)柱狀種植體進(jìn)行各種工況的比較分析，探究其應(yīng)力峰值、分布的變化規(guī)律，從一個(gè)側(cè)面為新結(jié)構(gòu)種植體的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并指導(dǎo)其臨床應(yīng)用。
設(shè)計(jì)三維有限元分析實(shí)驗(yàn)。
時(shí)間及地點(diǎn)于2015年1至3月在某醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院口腔科實(shí)驗(yàn)室完成。
材料計(jì)算機(jī)：IntelCoreI7CPU，內(nèi)存16G，WIN8操作系統(tǒng)；CAD/CAE建模軟件：Pro/ENGINEER5.0；有限元分析軟件：ANSYS14.5；數(shù)據(jù)整理、圖表制作軟件：Excel2010。
方法有限元模型的建立
實(shí)驗(yàn)組新結(jié)構(gòu)種植體(模型A)尺寸設(shè)計(jì)為骨內(nèi)段長13mm、直徑5.5mm的光滑柱狀種植體，其中外殼厚度為1mm，緩沖層厚度為0.5mm，內(nèi)核直徑為2.5mm。對照組為光滑無螺紋的傳統(tǒng)柱狀種植體(模型B)，骨內(nèi)段長13mm，直徑5.5mm。結(jié)合正常人體下頜骨的尺寸，設(shè)計(jì)一個(gè)8mm(頰舌向)×16mm(近遠(yuǎn)中)×20mm(高度)的長方體頜骨塊，內(nèi)部為松質(zhì)骨塊，上下表面為3mm的皮質(zhì)骨。
下頜骨塊的建模及與種植體的裝配由Pro/E軟件完成。Ansys軟件自動(dòng)劃分網(wǎng)格、單元、節(jié)點(diǎn)，模型A、B單元數(shù)分別為977615，1001838；節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為1461287，1466914。
材料力學(xué)參數(shù)
模型A外殼和內(nèi)核為純鈦材料，緩沖層為物理性質(zhì)已知的模擬材料。模型B為均一的純鈦材料。松質(zhì)骨選擇較適種植的B類松質(zhì)骨。
種植體各部件及皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨均假設(shè)為連續(xù)、均質(zhì)和各向同性的線彈性材料；假設(shè)種植體與頜骨界面完全骨結(jié)合，載荷作用下兩者無相對運(yùn)動(dòng)。模擬下頜骨骨塊各外表面假設(shè)為剛性約束。約束位置為遠(yuǎn)離分析區(qū)的下層皮質(zhì)骨區(qū)，對結(jié)果分析影響較小。
對A、B兩模型同次均施以相同載荷，施力于種植體頂面，均布載荷。按以下3種加載模式進(jìn)行三維有限元模擬分析：①垂直加載：載荷大小200N(正常咬合力)、250N(較大咬合力)沿種植體軸線垂直向下。②45°加載：載荷大小100N，方向?yàn)榕c種植體長軸呈45°夾角。③咀嚼模擬加載：載荷大小100N，方向自β=0°開始，至β=88°，每2°施力1次，以簡化模擬咀嚼中復(fù)雜的受力方向，共計(jì)44次。應(yīng)用EXCEL2010中的SIN(RADIANS)和COS(RADIANS)函數(shù)計(jì)算各角度施力的Y、Z方向分力并輸入ANSYS14.5軟件進(jìn)行分析。圖像、數(shù)據(jù)處理提取各種載荷工況下的種植體-骨界面皮質(zhì)骨區(qū)牙槽骨VonMises應(yīng)力分布云圖，觀察模型A和模型B應(yīng)力分布的變化特點(diǎn)。提取各種載荷工況下的種植體-骨界面皮質(zhì)骨區(qū)牙槽骨界面應(yīng)力峰值(MaxEQV)，對模型A與模型B數(shù)據(jù)比較分析。
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