圆柱形、颈部锥度、末端锥度及膨胀式种植体生物力学比较的三维有限元分析

摘要

20世纪60年代中期由瑞典科学家Br?nemark教授率先提出了骨结合理论，这为现代口腔种植医学奠定了基础。时至今日口腔种植义齿已具有传统义齿不可比拟的优势，如更美观、不损伤邻牙、咀嚼功能好等。有报道称种植修复可达到90％以上的远期成功率，然而临床上年老的牙列缺损患者占相当一部分比重，而老年人伴有骨质疏松症(Osteoporosis，OP)较为常见，这种患者全身及颌骨骨代谢状况均受到该疾病的影响，易导致种植体松动、脱落，使得为该类患者进行种植体修复牙列缺损时失败的风险大大增加。目前中国牙列缺损患者接受种植手术的普及率仍然较低，治疗周期过长也是主要原因之一，因此缩短患者治疗周期是普及种植手术，造福广大牙列缺损患者的一个重要突破口，而早期负载可缩短治疗周期并最大限度的保存种植区骨组织量，同时避免复诊次数过多为患者带来的痛苦。膨胀式螺钉最早应用于工业领域，骨科最先将其改进并应用于骨质疏松条件下的坚强内固定，但在口腔颌面部的应用少有报道，因此本实验将膨胀式种植体（expandable implant，EI）作为一种新型种植体与传统的圆柱形种植体（cylindrical threaded implant，CI）、末端锥度种植体（apical tapered implant， ATI）和颈部锥度种植体（neck tapered implant，NTI）进行比较。
　　实验一：四种不同外形种植体在不同骨质条件下三维有限元模型的建立
　　目的：分别建立包含CI、ATI、NTI、EI四种种植体的正常骨质、早期负载及骨质疏松条件下的颌骨骨块三维有限元模型，为研究CI、ATI、NTI、EI的生物力学特性提供可靠的模型支持。
　　方法：借助Pro/E分别建立包含CI、ATI、NTI、EI及下颌骨块的三维有限元模型，通过调整颌骨参数以及接触方式的手段分别模拟正常骨质、骨质疏松骨及早期负载条件。
　　结果：成功建立了分别包含CI、ATI、NTI、EI四种不同种植体的下颌骨块的三维有限元模型，且通过修改生物力学参数及接触方式等手段使模型具有模拟正常骨质、骨质疏松及早期负载特性的自适应装配的三维有限元模型。
　　结论：本实验利用Pro/E软件的自适应装配功能的和Ansys Workbench与 Pro/E之间的无缝接口及参数双向传递功能所建立的模型很大程度的提高了建模效率以及精确性，为研究CI、ATI、NTI、EI的生物力学特性提供了可靠的模型支持。
　　实验二：圆柱形、颈部锥度、末端锥度及膨胀式种植体在正常骨质条件下生物力学比较的三维有限元分析
　　目的：通过三维有限元分析法对CI、ATI、NTI以及EI在正常骨质条件下的力学性能进行比较。
　　方法：在正常骨质条件下对种植体从轴向和颊舌向分别施加100N和30N的力，选取皮质骨和松质骨中的最大应力以及各种植体-基台复合体的最大位移作为评估指标。
　　结果：在正常骨质条件下，与圆柱形种植体相比，在皮质骨中，颊舌向加载时 NTI的最大应力峰值减少了6.57％，在松质骨中，颊舌向加载时NTI和EI的最大应力峰值分别减少了42.1％和7.91％；在轴向和颊舌向加载时，NTI的种植体-基台复合体的最大位移分别减少了2.06％和12.0％。
　　结论：1.在正常骨质条件下，NTI呈现较好的应力分布。
　　2.在正常骨质条件下，NTI呈现最好的稳定性。
　　实验三：圆柱形、颈部锥度、末端锥度及膨胀式种植体在骨质疏松条件下生物力学比较的三维有限元分析
　　目的：通过三维有限元分析法对CI、ATI、NTI及EI在骨质疏松条件下的力学性能进行比较。
　　方法：在骨质疏松条件下对种植体从轴向和颊舌向分别施加100N和30N的力，选取皮质骨和松质骨中的最大应力以及各种植体-基台复合体的最大位移作为评估指标。
　　结果：在骨质疏松条件下，与圆柱形种植体相比，在皮质骨中，ATI、NTI、EI使皮质骨的轴向和颊舌向加载下的应力峰值分别降低了10.1％、6.57％，10.72％、7.87％和11.3％、9.62％。在松质骨中， NTI在颊舌向加载时的最大应力峰值减少3.56％；在轴向和颊舌向加载时，NTI的种植体-基台复合体的最大位移分别减少21.8％和17.4％。
　　结论：1.在骨质疏松条件下，EI和NTI呈现较好的应力分布。
　　2.在骨质疏松条件下，NTI呈现最好的稳定性。
　　实验四：圆柱形、颈部锥度、末端锥度及膨胀式种植体在早期负载条件下生物力学比较的三维有限元分析
　　目的：通过三维有限元分析法对CI、ATI、NTI及EI在早期负载条件下的力学性能进行比较分析。
　　方法：在早期负载条件下对种植体从轴向和颊舌向分别施加100N和30N的力，选取皮质骨和松质骨中的最大应力以及各种植体-基台复合体的最大位移作为评估指标。
　　结果：在早期负载条件下，与圆柱形种植体相比，皮质骨中，EI和NTI在轴向和颊舌向加载时的最大应力峰值分别降低了15.34％，8.53％和9.38％，12.07％；与圆柱形种植体相比，NTI在轴向和颊舌向的种植体-基台复合体的最大位移分别减少了22.52％和15.41％。
　　结论：1.在早期负载条件下，EI和NTI呈现较好的应力分布。
　　2.在早期负载条件下，NTI呈现最好的稳定性。

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缩略词表

中文摘要

英文摘要

前言

文献回顾

一．种植体的生物力学特性

二．种植体早期负载

三．骨质疏松症对种植修复的影响

四．有限元分析法

五．Pro/E 简介

六．Ansys Workbench 简介

正文

实验一：四种不同外形种植体在不同骨质条件下三维有限元模型的建立

1.材料和方法

2．结果

3．讨论

4．结论

实验二：圆柱形、末端锥度、颈部锥度及膨胀式种植体在正常骨质条件下生物力学比较的三维有限元分析

1. 材料和方法

2．结果

3．讨论

4. 结论

实验三：圆柱形、末端锥度、颈部锥度及膨胀式种植体在骨质疏松条件下生物力学比较的三维有限元分析

1．材料和方法

2．结果

3．讨论

4．结论

实验四：圆柱形、末端锥度、颈部锥度及膨胀式种植体在早期负载条件下生物力学比较的三维有限元分析

1．材料和方法

2．结果

3．讨论

4. 结论

全 文 总 结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢