不同骨质条件下牙种植体负载的三维有限元分析

作     者：伍立乾 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李树春

授予年度：2016年

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

主      题：种植体长度 三维有限元分析 颌骨骨质 

摘      要：目的本实验研究的目的是利用三维有限元分析法,通过改变种植体的长度,分别研究在两种骨质条件下,口腔牙种植体长度变化对种植体周围骨组织应力分布情况的影响;为工业上种植体的设计研发和临床上在使用种植体时的型号选择提供一定的参考和帮助。方法本研究利用有限元分析软件ANSYS14.0分别建立:(1)两种骨块的三维几何模型;具体是通过对颌骨骨质赋予相关的材料属性,在两种颌骨骨块模型中保持骨块大小一致,但改变皮质骨的厚度和松质骨的弹性模量等因素,进而得到两种颌骨骨块的三维几何模型。其中一个骨块模型近似模拟Ⅱ类骨,另外一个骨块模型近似模拟Ⅲ-Ⅳ类骨;(2)三种不同长度(6mm、11mm、16mm)并且带有螺纹的种植体的三维几何模型,其中牙种植体模型的部分数据来源于登士柏公司提供的Astra Tech种植体的有关数据资料。最终,建立了两组共六个三维有限元实验模型:(1)三种不同长度种植体在近似模拟的Ⅱ类骨骨质中的模型;(2)三种不同长度种植体在近似模拟的Ⅲ-Ⅳ类骨骨质中的模型。实验过程中,通过研究牙种植体长度和颌骨骨质对种植体-骨界面间应力的影响,从口腔生物力学的角度,对两类骨质中不同种植体长度的应力分布情况进行分析,计算并且记录各个三维有限元模型中牙种植体-骨界面间的最大等效应力(Von-Mises stress)值,观察并比较在两种骨质中,种植体长度变化时,种植体-骨界面间应力分布的情况及相互之间的差别。结果本研究利用有限元分析软件ANSYS14.0中参数化建模的方法,通过APDL命令流语句,简便快捷的建立了精度较高的三维有限元模型,包含两种骨块的三维几何模型和三种不同长度并且带螺纹的种植体的三维几何模型;并且对两种骨块和三种种植体进行两两交叉组合,得到了六种实验模型。其中,骨块模型简化为长方体,由于本研究的目的与上部的基台、牙冠等结构无关,故对上部的这些结构进行简化,忽略不计。将牙种植体设计成实心结构,其形态部分模仿登士柏公司生产的Astra Tech种植体,种植体与骨界面之间均为完全骨结合,种植体与骨块之间无相对滑动,均假定为连续、均质、各向同性,材料变形均为小变形。在有限元分析软件ANSYS14.0中,分别对两组即六个实验模型施加垂直向(与种植体长轴成0°角)的大小为100N的静态集中载荷。在垂直向100N静态集中载荷力作用下,在两组骨质模型中,种植体-骨界面之间的应力分布情况存在一些差异。在两种骨质模型中,随着种植体长度的增加,种植体-骨界面间的最大等效应力(Von-Mises stress)均相应减小。其中在近似模拟的Ⅱ类骨模型中,最大等效应力(Von-Mises stress)值相对而言,减小的程度更快,趋势更明显一些。此外,从两组骨质模型对比来看,随着松质骨弹性模量的减小,在颌骨里面的最大等效应变是相应增加的。结论种植体长度和颌骨骨的质量可以影响种植体-骨界面间的应力大小及分布情况。本文的研究结果可以对口腔医生在临床工作中,根据不同的骨质条件,选择种植体型号时提供一定的帮助。同时,对于种植体的设计改良也具有一定参考价值。