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《第四军医大学》 2007年
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外形设计对即刻负载牙种植体初期稳定性影响的三维有限元研究

姜茂庆  
【摘要】: 传统种植延期修复技术经过三十多年的发展已经得到可靠证实,在这种情况下,牙种植研究的重点开始从原来的如何提高种植成功率转变为如何缩短治疗时间、减少手术次数、尽快恢复患者的美观和咬合功能,即种植体的即刻负载技术。大量的研究表明,种植体-骨界面微动在100~150μm以内时仍可实现骨结合,说明种植体初期稳定性(微动)是即刻负载种植体获得骨结合的关键因素。与传统种植体相比,即刻负载种植体在完成骨结合之前就承受载荷并应有良好的初期稳定性,这就要求种植体具有更好的生物力学传递特性。 目前,生物力学研究主要集中于骨结合种植体-骨界面应力/应变方面,而对即刻负载种植体初期稳定性的研究较少。以往多数研究结果表明,外形能够影响骨结合种植体-骨界面的应力/应变分布状况,但关于外形设计对即刻负载牙种植体初期稳定性影响的生物力学研究未见相关文献报道。本课题旨在借助Pro/E和ABAQUS软件,从生物力学角度,对种植体的外形设计(种植体外形、种植体颈部形态、种植体锥度等因素)进行三维有限元比较分析,以期进一步认识种植体外形设计对初期稳定性的影响,为临床即刻负载种植体的选择及国产种植体的开发提供理论依据。 实验一:利用CAD软件(Pro/E)在计算机上绘出种植体、冠修复体、下颌骨局部骨块三维实体模型,将模型文件导入ABAQUS有限元软件中,定义种植体-骨界面为摩擦接触(μ=0.3)、划分单元,建立牙种植体即刻负载三维有限元模型。分别采用不同大小单元划分模型以检测计算结果的准确性和稳定性,为后期即刻负载种植体的有限元比较分析提供了单元划分标准和技术平台。 实验二:建立不同外形(圆柱形、根形、阶梯形、楔形和锥形)的螺纹种植体即刻负载三维有限元模型,分析松质骨内种植体外形变化对初期稳定性的影响。结果发现,垂直加载时颈部综合相对位移阶梯形种植体最小(2.582μm),锥形种植体最大(4.813μm);根部综合相对位移圆柱形种植体最小(1.969μm ),锥形种植体最大(2.636μm);水平加载时颈部位移圆柱形种植体最小(11.961μm),锥形种植体最大(13.587μm);根部位移阶梯形种植体最小(2.815μm),楔形种植体最大(3.839μm)。结果提示,两壁平行(圆柱形、阶梯形)种植体较两壁有收窄外形(根形、楔形、锥形)种植体表现出更好的初期稳定性;临床上进行即刻负载时,应选择圆柱形或阶梯形种植体。 实验三:建立不同颈部形态的即刻负载牙种植体三维有限元模型(颈1-皮质骨内无肩台;颈2-皮质骨内有肩台;颈3-皮质骨内有大螺纹;颈4-皮质骨内有微螺纹),比较种植体颈部形态对初期稳定性的影响。结果发现,垂直及水平加载时,颈4种植体位移最小(垂直加载颈部综合位移为0.351μm,根部为1.555μm;水平加载颈部综合位移为10.733μm,根部为2.843μm),颈1种植体位移最大(垂直加载颈部综合位移2.366μm,根部为1.796μm;水平加载颈部综合位移为14.263μm,根部为3.534μm)。结果提示,种植体颈部外形变化能影响其初期稳定性,皮质骨内有螺纹时能显著提高种植体初期稳定性;但颈部微螺纹的存在同时也增加了皮质骨内的应力集中,其对种植体-骨界面长期稳定的影响有待于进一步研究。 实验四:建立锥度分别为0°、2°、4°、6°的即刻负载牙种植体三维有限元模型,分析锥度变化对初期稳定性的影响。结果发现,垂直及水平加载时0°种植体位移最小(垂直加载颈部综合位移为3.662μm,根部为1.969μm;水平加载颈部综合位移为11.961μm,根部为3.165μm),6°种植体位移最大(垂直加载颈部综合位移为4.813μm,根部为2.636μm;水平加载颈部综合位移为13.587μm,根部为3.444μm)。结果提示,锥度变化能够影响即刻负载牙种植体的初期稳定性,随着锥度增加,种植体的初期稳定性降低。 综上所述,从生物力学角度而言,种植体在水平载荷条件下的位移大于垂直载荷条件下的位移,因此应尽量减小即刻负载牙种植体水平方向的受力;同时在临床上进行即刻负载时,应选择圆柱形或阶梯形颈部具有螺纹结构的种植体。
【学位授予单位】:第四军医大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R783

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