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单因素改变种植体直径或长度种植固定桥的三维有限元分析

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揭示相同直径不同长度或相同长度 不同直径种植体支持式固定局部义齿(FPD)的应力分布规律。方法  利用三维有限元(3D-FEM)建立力学模型在垂直和水平加载条件下进行分析计算。结果 FPD应力分布出现不均衡状态,其种植体骨界面应力集中区的 应力值和位移均增大,不利于种植体修复的远期成功。结论 种植固 定桥修复中种植体的型号的选择以同型号为佳。
【关键词】 种植体  固定桥  有限元  应力和位移

  在种植义齿修复中,生物力学相容性差是种植义齿修复失败的一个 至关重要的原因[1]。在临床工作中经常遇到骨量不足或腔、窦、神经管等影响而 选用较短或较细的种植体的情况,当两种不同型号的种植体联合应用并作为固定桥支持基牙 时其生物力学相容性是否有差异,掌握此种情况FPD应力分布规律对提高种植义齿的远期成 功率有重要意义。本文利用3D-FEM对此进行了生物力学分析,研究其对种植体周围支持组织 的影响,为临床设计提供理论基础。

材料和方法

  一、模型的结构基础:选择一牙齿脱落的成年型下颌骨作为构建FEM模型的结构 基础,其符合或超过Misch建立的牙槽骨四种分型的Division A[2]。本模型是以第 二磨牙存在时的远中面向前截取30mm下颌骨骨段,其平均高度及宽度分别为30mm及12.5 mm。沿颊舌向切成15个切片(德国Leitz-1600高速锯切片切)。切片的位置同每一个切片上皮 质骨及网状骨的厚度可通过测微计(无锡0-100mm镀铬游标卡尺)测得,并于计算机(SGI工作 站)上建立模型,种植体植入(位于模型两端外10mm的中点)和桥体连接均在计算机上进行。 根据计算机计算和结果显示的需要设垂直加载270N、水平加载100N,此加载均在人最大咬合 力范围之内[2]。模型采取近远中端固定

二、材料的力学参数:从资料[3]中可以得到所用材料的杨氏模量和泊松比见表1。

表1 材料的力学性质

材料 杨氏模量(MPa) 泊松比(r) 松质骨   490 0.30 纯  111600 0.35 不锈钢 206000 0.28 密质骨  9807 0.32

  三、种植体的选择:近中侧种植体的直径/长度(单位:mm)均为4/10;远中 侧分别为4/10,4/7,3/10三种情况(A、B、C三种组合情况)。
注:①所设近中侧种植体依据Branemark种植系统临床常用型号;②为计算分析简便,将Bra nemark种植体形状简化为等直圆柱状;③种植体联合修复后龈上高度均为8mm。
四、研究内容:对固定桥两端种植体在上述三种组合情况分别于桥正中垂直及水平加载时种 植体及其周围骨组织应力分布进行分析并计算出两侧种植体周围骨组织最大应力值及其最大 应力点的位移值。
五、划分单元:通过计算机划分单元,模型共有节点18063个,组成16714个单元,其中六面 体单元15454个,五面体单元1260个。
六、假设条件:在本研究中使用下列条件:①在模型中所用材料都是均质各向同性且呈线弹 型;②种植体与骨呈100%的结合状态;③种植体植入角度近远中无倾斜,颊舌向以正常下颌 牙的长轴方向为准。
七、计算:在计算中使用MSC/NASTRAN结构分析程序,结果通过种植体与周围骨组织界面的 最大应力值及位移值(压应力侧最大应力点)给出。
结  果

  一、在固定桥垂直或水平加载时应力集中区均位于种植体颈部周围骨组织界面, 最大应力点位于此区的最上点。垂直加载时种植体加载侧主要为拉应力,远离加载侧为压应 力;水平加载时种植体加载侧(颊侧)为拉应力,对侧(舌侧)为压应力。其最大应力值.

表2 最大应力值(单位:MPa)

  垂直加载 水平加载 近中 远中 近中 远中 A -25.26 -25.26 -15.41 -15.41 B -26.68 -29.64 -16.80 -19.91 C -26.43 -29.36 -16.73 -19.83

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