种植体不同植入角度和不同骨皮质厚度对其稳定性影响的三维有限元分析

摘要

目的:利用Pro／ENGINEER4.0软件,建立具有和临床相似特性的种植体、骨皮质、骨松质三维实体模型。以三维有限元方法分析种植体支抗在不同植入角度及不同骨皮质厚度变化下对其稳定性的影响、以及种植体在骨块中的应力、应变规律,为种植体的临床选择提供科学依据。
　　 方法:1.应用Pro\E4.0软件,建立骨松质、种植体及不同厚度骨皮质的实体模型,骨皮质实体模型厚度以1mm-8mm为变化范围,每1mm为递增单位,共8个实体模型。利用Pro\E4.0软件装配功能把种植体以30°、45°、60°、75°、90°分别组装在包含骨皮质、骨松质的骨块上,共计40个工况,以.sat格式导出保存。2.把.sat文件直接输入MSC.Patran前处理并对三维模型划分网格,局部细化,生成.iges格式文件。3.利用MSC.Marc.Mentat有限元分析软件设定种植体、骨皮质、骨松质的材料参数；骨皮质、骨松质、种植体的接触关系；模拟种植钉在骨块的约束条件:约束骨皮质与骨松质的骨块的4个边角定义其X、Y、Z轴自由度为零；种植体颈部中心点处施加与颌骨骨块平行的200g正畸力。比较分析不同角度和不同骨皮质厚度对种植体稳定性的影响,计算每种工况在受力情况下三维有限元模型每个节点应力、应变数据。采集具有代表性的Von Mises应力来分析每个工况应力变化并绘制应力折线图、应力分布云图。
　　 结果:1.获得精确细致的种植体、骨皮质、骨松质三维几何模型,网格划分准确合理;其重建生物模型的形态相似性好；模型适用性强；力学特性体现准确性高。2.在保证种植体在骨块外的有效长度前提下发现种植体越倾斜植入越会缩短种植体在骨块的有效长度。3.在40组工况中,Von Mises应力变化范围主要在35.9MPa-12.6MPa之间,这个范围相对安全,不会引起骨皮质的吸收及破坏。4.分析Von Mises应力发现角度对应力的影响大多是30度>45度>90度>60度>75度。5.Von Mises应力变化是随骨皮质厚度的增加而下降。
　　 结论:1.实验方法可靠,结果正确,分析指标选择合理,结果真实。2.种植体在骨皮质厚度相同的情况下,植入角度为30度、45度时,因倾斜角度过小导致种植钉植入骨皮质有效长度缩短,而90度太过直立植入骨皮质减少,这两种情况都会导致应力过于集中不利于种植钉的稳定性。而60度、75度既充分利用了骨皮质支抗,又减少局部应力过大,提示临床选择60度-75度左右的角度进行操作更好。3.相同植入角度在不同骨皮质厚度的情况下,Von Mises等效应力随骨皮质厚度增加而逐渐减少。说明骨皮质厚度增加会提高种植体的稳定性。4.种植体的Von Mises应力集中部位一般在骨皮质与骨松质的骨交界处。5.当种植体植入颌骨骨块完全在骨皮质范围内时,种植体的应力集中在种植体颈部。6.在骨皮质厚度大于1mm的情况下,不同的植入角度下加载200g的正畸牵引力所引起的Von Mises应力都在安全的范围内,不会引起骨吸收等问题。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一部分:种植体颌骨骨块三维有限元模型的建立

材料与方法

结果

讨论

结论

第二部分:不同工况下支抗种植体应力分析

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

英汉缩略词对照表

致谢

综述

参考文献

临床病例报告

个人简历