种植体不同螺纹形态对骨界面应力分布的影响

摘要

目的:种植修复的成功除了要求其具有良好的生物相容性外,更要具备良好的生物力学相容性。种植体的表面螺纹结构可提高种植体初始稳定性、增大种植体表面积、改善骨界面的应力分布,通过改变种植体的螺纹设计可以改变种植体的力学传递,影响骨界面的应力分布,界面上应力分布的合理与否直接影响骨整合的形成和保持以及种植义齿修复的远期成功率,因此表面螺纹设计在种植体生物力学优化设计中占有非常重要的地位,成为目前国内外学者研究的热点。本实验通过三维有限元分析法,对不同螺纹形态的圆柱状种植体骨界面进行应力分析,比较不同螺纹底部形态,不同螺纹顶角和不同螺距的种植体骨界面应力分布及应力峰值变化,探讨种植体螺纹底部形态、螺纹顶角和螺距对骨界面应力分布的影响,为种植体的临床设计与选择提供生物力学的依据。
　　 方法:根据CT扫描结果,在ANSYS10.0中建立下颌骨三维有限元模型。设计七种直径为4.0mm,长度为10.0 mm,螺纹高度为0.5 mm,螺纹形态不同的圆柱状螺纹种植体:
　　 建立各种植体的三维模型,然后分别建立不同螺纹形态的种植体一下颌骨三维模型,并对模型进行有限元网格划分。将下颌骨两侧髁突顶端节点所有自由度予以刚性约束,种植体、皮质骨和松质骨均假设为均质、连续、各向同性的线弹性材料,种植体与骨组织为100％骨整合。分别给予垂直(由胎面垂直向下)加载160N,水平(由唇颊侧向舌侧)加载20N,得出各组模型的应力分布图和各节点应力值(本实验的模型建立及计算是在清华大学航空航天学院工程力学研究室完成),观察在垂直加载和水平加载时应力分布(应力集中)情况;分别观察比较相同螺距,相同螺纹顶角,不同螺纹底部形态种植体在水平加载和垂直加载时种植体骨界面‘VonMises应力峰值与最小值及水平加载时压应力、拉应力峰值;相同螺距,相同螺纹底部形态,不同螺纹顶角种植体在水平加载和垂直加载时种植体骨界面Von Mises应力峰值与最小值及水平加载时压应力、拉应力峰值;相同螺纹底部形态,相同螺纹顶角,不同螺距种植体在水平加载和垂直加载时种植体骨界面Von Mises应力峰值与最小值及水平加载时压应力、拉应力峰值。
　　 结果:1种植体骨界面应力分布总的特征:柱状螺纹种植体不同螺纹形态对种植体骨界面应力值、应力分布有影响;整体应力集中区域均位于种植体的颈部及根尖部。2螺纹的底部形态对种植体骨界面应力分布的影响:顶角90°螺距1.5mm底部分别为凹面和平面的＃1和＃2模型相比:水平加载时,＃1种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值及压应力、拉应力峰值较＃2分别减小12.22％、4.89％、15.35％、5.87％,在垂直加载时,＃1种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值较＃2分别减小6.56％、12.25％;顶角60°螺距1.5mm底部分别为平面和凹面的＃3和＃4模型相比:水平加载时,＃3种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值及压应力、拉应力峰值较撑4分别减小11.02％、6.34％、10.32％、5.11％,在垂直加载时,＃3种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值较＃4分别减小6.76％、11.46％;顶角60°螺距1.0mm底部分别为平面和凹面的＃5和＃6模型相比:水平加载时,＃5种植体骨界面皮质骨和松质骨的VonMises应力峰值及压应力、拉应力峰值较＃6分别减小8.22％、1.67％、5.83％、3.93％,在垂直加载时,＃5种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值较＃6分别减小1.66％、2.00％,应力分布更加均匀合理。3螺纹顶角对种植体骨界面应力分布的影响:螺距1.5mm底部凹面项角分别为90°和60°的＃1和＃3模型相比、螺距1.5mm底部平面顶角分别为90°和60°的＃2和＃模型相比:水平加载时种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值、压应力、拉应力峰值及垂直加载皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值差别均不明显;螺距1.0mm底部凹面顶角分别为60°和30°的＃5和＃7模型相比:水平加载时,＃5种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值及压应力、拉应力峰值较＃7分别减小7.25％、2.77％、16.97％、20.01％,垂直加载时,＃5种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值较＃7分别减小8.27％、1.11％,应力分布趋于均匀。
　　 4螺距对种植体骨界面应力分布的影响:顶角60°底部凹面螺距分别为1.5mm、1.0mm的＃3和＃5模型相比:水平加载时种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值、压应力、拉应力峰值及垂直加载皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值差别均不明显;顶角60°底部平面螺距分别为1.5mm、1.0mm的＃4和＃6模型相比:水平加载时,＃6种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值及压应力、拉应力峰值较＃4分别减小2.44％、2.90％、5.22％、2.18％,垂直加载时,＃6种植体骨界面皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值较＃4分别减小4.28％、11.55％,应力分布更均匀。
　　 结论:1柱状螺纹种植体不同螺纹形态对种植体骨界面应力值、应力分布有影响;整体应力集中区域均位于种植体的颈部和根尖部。2螺纹底部形态为凹面的种植体骨界面应力小于底部形态为平面者,应力分布趋于均匀。3螺纹顶角90°和60°的种植体骨界面应力差别不明显;螺纹顶角60°的种植体骨界面应力小于项角30°者,应力分布更均匀。4螺纹底部形态为凹面的种植体,螺距1.0mm和1.5mm者应力差别不明显;螺纹底部形态为平面的种植体,螺距1.0mm者应力小于螺距1.5mm者,应力分布更均匀。

目录

文摘

英文文摘

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

结论

参考文献

综述 种植体外形设计的生物力学研究进展

致谢

个人简历