选择性激光熔化打印可摘局部义齿圆环形卡环固位力的有限元分析

作     者：马珂楠 陈虎 沈妍汝 周永胜 王勇 孙玉春 MA Ke-nan;CHEN Hu;SHEN Yan-ru;ZHOU Yong-sheng;WANG Yong;SUN Yu-chun

作者机构：北京大学医学部医学技术研究院北京100191 北京大学口腔医学院·口腔医院口腔医学数字化研究中心口腔修复教研室国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室口腔数字医学北京市重点实验室国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心国家药品监督管理局口腔材料重点实验室北京100081 北京大学口腔医学院·口腔医院口腔修复科国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室口腔数字医学北京市重点实验室国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心国家药品监督管理局口腔材料重点实验室北京100081 

出 版 物：《北京大学学报（医学版）》 (Journal of Peking University:Health Sciences)

年 卷 期：2022年第54卷第1期

页      面：105-112页

核心收录：

学科分类：1003[医学-口腔医学] 100302[医学-口腔临床医学] 10[医学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2019YFB1706904) 国家自然科学基金(51705006) 首都科技领军人才培养工程(Z191100006119022) 北京大学口腔医院新技术新疗法项目(PKUSSNCT-19A08) 口腔疾病防治与新材料山西省重点实验室开放基金(KF2020-04) 北京大学百度基金(2019BD021) 

主　　题：设计参数 选择性激光熔化 圆环形卡环 固位,口腔修复体 有限元分析 

摘      要：目的:通过有限元分析对比评价不同设计的选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)打印钴铬、纯钛、钛合金(Ti-6Al-4V)可摘局部义齿圆环形卡环的固位力,并分析卡环在脱位过程中的应力分布。方法:设计A(体部宽度/厚度为1.9 mm/1.1 mm,卡环臂聚合度为0.8)和B(尺寸A的1.2倍)两种圆环形卡环尺寸,再针对上述尺寸分别设计进入0.25 mm(A1,B1)和0.50 mm(A2,B2)两种倒凹深度,建立上述4种形态的卡环和基牙的有限元模型,将测量得到的SLM金属(钴铬、纯钛、钛合金)的密度和弹性模量赋予卡环,将釉质的密度、弹性模量、泊松(Poisson)比赋予基牙。设置卡环臂尺寸为A且进入0.25 mm倒凹的铸造钴铬合金卡环为对照组(C),并在有限元模型中赋予铸造钴铬合金的密度和弹性模量。所有金属的泊松比设定为0.33。在有限元模型中,沿脱位方向对卡环施加5 N的初始载荷,计算卡环沿脱位方向的最大位移,若卡环没有完全脱位,则每次在卡环上重新施加比上一次多5 N的载荷,直至卡环能够完全脱位,从而得出不同组卡环的固位力区间。经过上述有限元模型测试,筛选出与对照组卡环固位力区间相同的SLM金属卡环,进一步进行实体的就位/脱位实验验证,并通过有限元分析其von Mises应力分布。结果:有限元分析发现B1、B2形态的SLM金属(钴铬、纯钛、钛合金)卡环,A2形态的SLM钴铬卡环的固位力均大于对照组卡环。A1形态的SLM纯钛和钛合金卡环的固位力小于对照组卡环。A1形态的SLM钴铬卡环、A2形态的SLM纯钛和钛合金卡环的固位力与对照组卡环相当(15~20 N),进一步的实体测试表明,这3组SLM金属卡环固位力分别为(21.57±5.41)N、(19.75±4.47)N、(19.32±2.04)N,差异无统计学意义(P0.05),这3组卡环中,除SLM钛合金卡环外,SLM钴铬和纯钛卡环的最大von Mises应力均超过各自的屈服强度。结论:对于SLM工艺加工制作的卡环,卡环臂尺寸和进入倒凹深度均相同的钴铬卡环的固位力大于纯钛和钛合金卡环,可通过调整进入倒凹深度和卡环臂尺寸来调整SLM金属卡环的固位力。考虑到义齿在患者口内的长期稳定使用,如采用SLM工艺加工卡环,建议设计卡环臂尺寸为A,进入倒凹量为0.50 mm,并采用钛合金材料制作。