动态载荷下不同修复方式对后牙种植单冠应力分布影响的三维有限元分析

发布时间：2020-10-17 00:06

　　 研究目的采用三维有限元分析法对后牙种植单冠的不同修复方法在动态载荷作用下的应力分布进行分析。研究依照临床治疗方案所构建的不同种植修复体模型在咀嚼周期中的应力值及应力分布规律,观察?面开孔是否影响种植修复体应力分布,从生物力学角度为临床选择后牙种植单冠的修复方法提供理论依据。研究方法1、建立下颂骨和种植牙冠的三维有限元模型选用一个牙列完整(除第三磨牙外)的健康成人头颅骨标本,CT断层扫描标本后以DICOM格式输出保存,通过Mimics19.0医学图像软件、Geomagic Studio 2012软件和CATIAV5R19软件构建下颌骨(右侧下颌第二前磨牙缺失)及种植义齿(种植体、基台、全冠、粘接剂)的三维实体模型。实验分组:A组:传统全锆种植全冠;B组:?面开孔全锆种植全冠。2、有限元模型应力分析将各组实验模型导入有限元分析软件ANSYS18.0中,进行自动网格划分,设定实验假设、边界条件和参数,以250N?力模拟咀嚼周期为0.875s的动态载荷加载于下颌第二前磨牙种植全冠的颊尖上:第IP阶段0.000～0.130s:无接触;第Ⅱ阶段0.130～0.150s:方向垂直于?平面,位置加载于颊尖顶;第Ⅲ阶段0.150～0.260s:方向由颊侧斜向舌侧,与牙体长轴呈45°,加载于颊尖颊斜面;第IV阶段0.260～0.300s:方向由舌侧斜向颊侧,与牙体长轴呈45°,加载于颊尖舌斜面;第V阶段0.300～0.875s:卸载阶段无接触。选择每组全锆全冠、粘接剂层、基台、种植体及周围骨组织的Von Mises应力、最大主应力作为分析指标进行有限元分析。结果1.在一个动态周期内,每组模型中全冠、粘接剂、基台、种植体和周围骨组织的最大Von Mises应力值和最大主应力峰值分布特点均为:从第二阶段到第四阶段应力值逐渐增大,即垂直向加载颊舌向加载舌颊向加载,第四阶段舌颊向加载末期达到动态载荷周期的最大值。2.B组全冠、粘接剂、基台、种植体和周围骨组织的Von Mises应力峰值和最大主应力峰值均分别大于A组。3.A组全冠的应力集中区在加载部位以及颈缘部位,B组全冠的应力集中区在加载部位、颈缘部位以及?面孔周围部位。B组全冠的Von Mises应力峰值达到128.75MPa,比A组增加100%,均位于加载部位。A组全冠的最大拉应力位于舌侧颈缘,应力峰值为56.39 MPa,比B组全冠舌侧颈缘最大拉应力峰值小7%;B组全冠最大拉应力位于?面孔,峰值达69.54MPa。A、B组全冠应力峰值均小于氧化锆材料的应力极值(1200MPa)。4.A组粘接剂层应力集中区位于颈缘处,B组粘接剂层应力集中区位于颈缘和基台上缘周围。B组粘接剂层的Von Mises应力峰值为83.94MPa,比A组增加40%,均位于颊侧颈缘。两组粘接剂层的最大拉应力均位于舌侧颈缘,B组应力峰值为65.58 MPa,比A组增加13%。5.在本研究中,两组模型的基台、种植体及周围骨组织的各阶段应力分布情况相似,应力值无明显差距。两组种植体颈部与皮质骨交界处是种植体及骨组织的应力集中区,B组Von Mises应力峰值比A组增加6%,位于颊侧颈部。两组基台和种植体连接处是基台应力集中区,B组基台Von Mises应力峰值比A组增加5%,位于颊侧颈部。结论1.在咀嚼周期中,斜向载荷比垂直载荷产生更大应力且达到应力峰值。动态载荷对种植修复体的应力分布影响较大,其中对雅面开孔型种植修复体的应力值影响更大,在使用过程中发生破坏风险更高。因此,临床上在进行种植义齿修复时,可通过减小颊尖斜度、消除侧方耠干扰等措施尽量减少种植义齿所受到的侧向力。2.种植全冠?面开孔影响全冠的应力分布,?面开孔型种植全冠的应力值明显增大。?面开孔型种植全冠抗折能力相对较弱,容易发生断裂,生物力学失败风险比传统粘接固位修复的高。牙冠的舌侧颈缘部位及龄面孔周围为拉应力集中区,容易发生折裂。因此在临床应用中,应注意牙冠颈缘和?面孔的设计与制作,尤其注意咬合的设计和调改。3.种植全冠?面开孔影响粘接剂的应力分布,?面开孔型种植全冠粘接剂的应力值明显增大。抬面开孔型种植全冠的粘接剂层的拉应力集中区位于舌侧颈缘和基台上缘周围,更容易发生应力疲劳,增加牙冠脱落风险。4.种植全冠胎面开孔对基台、种植体及周围骨组织应力集中部位的变化规律及分布情况的影响无明显差异。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R783.6
【部分图文】：

的三维建模命令，基于参数化建模功能，先绘制类似种植体外形的圆柱体，利用??螺旋线功能，画出种植体外螺纹。然后进行对基台和种植体的布尔运算，从而构??建出基台和种植体的三维实体模型，如图３所示。本研究种植体选用Ｓｔｒａｕｍａｎｎ??公司的（４．１?ｍｍｘｌＯ．Ｏｍｍ）标准颈骨组织水平纯钛种植体（０２１．４１１０?Ｓｔｒａｕｍａｎｎ??公司，瑞士）；基台选用（Ｄ＝５ｍｍ，ＧＨ＝ｌｍｍ，Ｈ＝４ｍｍ）ＲＣ粘接纯钛基台（０２２．４３２１??Ｓｔｒａｕｍａｎｎ?公司，瑞士）。??１?ｒ?Ｉ??Ｌ?Ｉ?Ｘ??图３基台和种植体实体模型??２．３修复体模型的建立??由北京瑞佳义齿加工中心提供右侧下颌第二前磨牙的临床种植修复体的标??准牙冠数据（ＳＴＬ格式文件）。牙冠是种植体支持全锆全冠的理想形态，与种植??体基台相适应。Ａ组：传统全锆种植冠；Ｂ组：骀面开孔全锆种植冠。将数据导??入ＣＡＴＩＡＶ５Ｒ１９软件，对生成的全冠模型进行修整和处理，牙全冠与基台之间??预留的粘接剂层厚度为５０ｐｍ。最终构建出两组种植修复体实体模型，如图５、??图６所示。??１４??

种植体模型的建立??根据士卓曼公司种植体和基台的实际尺寸和形态，利用ＣＡＴＩＡＶ５Ｒ１９维建模命令，基于参数化建模功能，先绘制类似种植体外形的圆柱体，线功能，画出种植体外螺纹。然后进行对基台和种植体的布尔运算，从基台和种植体的三维实体模型，如图３所示。本研究种植体选用Ｓｔｒａｕｍ的（４．１?ｍｍｘｌＯ．Ｏｍｍ）标准颈骨组织水平纯钛种植体（０２１．４１１０?Ｓｔｒａｕｍ，瑞士）；基台选用（Ｄ＝５ｍｍ，ＧＨ＝ｌｍｍ，Ｈ＝４ｍｍ）ＲＣ粘接纯钛基台（０２２．４ｕｍａｎｎ?公司，瑞士）。??１?ｒ?Ｉ??

图４?Ａ组实体模型?图５?Ｂ组实体模型??型的建立??ｙｓ分析软件构建的模型具有良好的几何、生物力将实验各组模型组合后导入Ａｍｙｓ分析软件中。四面体单元对各组模型进行自动网格划分。单元在关键部位划分的数目越多，越逼真于所划分的并不是划分越细就越好，如果对非关键部位单元划差积累越多，计算结果会远离理想结果。为提高，本实验综合考虑对模型应用细化网格的方法。和网格数如表１所示，模型如图６、７所示。??表１不同模型的节点数和网格数下颂骨?种植体?基台?粘接剂?Ａ牙冠
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本文编号：2843974