抗种植义齿上部结构固位螺钉松动的三维有限元研究

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种植义齿自问世30多年以来,已以其独有的舒适度和稳定性而受到越来越多牙列缺损及缺失患者的普遍欢迎。一个理想的种植义齿既要具备优良的种植体,又要具备精确的上部结构,才能保证它的远期效果。 种植义齿的上部结构的固位方式分为粘结固位和螺钉固位。其中螺钉固位是种植义齿自问世以来一直盛行的方式,最大优点是可以拆卸定期清洁,如果上部结构有损坏可随时拆卸修补,在缺牙区龈牙合距离小时能提供足够的固位力,而且可作为种植体—骨界面的完整性保护装置。但是固位螺钉的松动问题却在一定程度上影响了种植义齿的成功率。 固位螺钉是整个种植义齿上部结构中比较薄弱的部分,其松动、折断的成因复杂且难以控制。其中预载荷是一个关键的因素:几乎所有的螺钉退扣、折断原因最后都归结到预载荷问题上。预载荷是指将固位螺钉拧紧以固定各连接件时螺钉被拉伸所产生的回弹力。丧失预载荷,各部件之间就失去了紧密接触,固位螺钉就会松动、就会独自承担全部施加在连接部分上的负荷,从而使螺钉的寿命大大缩短,所以说维护预载荷成为抗螺钉松动问题的关键。 当外力(牙合力)作用于种植义齿上时,修复体产生弹性变形,尽管外力很小,只要引起螺纹间的微小相对滑动均可致螺钉关节的预载荷即拉伸力丧失一部分,此为固位螺钉松动的开始。拉伸力与其抵抗力成正比,<WP=43>当拉伸力降至临界力以下时,外力和振动均可引起螺钉的倒转,螺钉即松动,失去功能。大量研究结果表明:界面的适合性、抗旋转设计、材料的组成、螺钉的直径、长度、形状、颈部设计、螺纹的坚硬程度、表面光滑度、润滑剂的质和量以及施加扭矩的速度等因素都会对预载荷造成影响。但上部结构的材料组成不同是否影响螺钉固位,固位螺钉外展角以及预载荷不同 等综合因素共同作用将对螺钉固位产生怎样的力学影响,尚缺乏系统性的研究报告。本实验采用三维有限元法,应用Solidworks、Cosmos软件,从生物力学的角度,研究种植义齿上部结构不同的固位螺钉外展角、螺钉及修复体内冠材料匹配关系及预载荷对螺钉固位的影响,从而优化上部结构设计,为临床进行种植义齿上部结构设计提供选择参考。确立固位螺钉的几何结构参照ITI、BLB、Branemark种植系统建立固位螺钉外展角分别为50、80、100、120四种上部结构三维有限元模型,内冠设计为金合金、镍铬合金、铸瓷三种材料;固位螺钉设计为镍铬合金、钛合金两种材料;预载荷分别为5N、10N、20N、30N、40N,分别组合共生成120个力学模型。外力(咀嚼力)为150N加载于修复体上,固位螺钉的预载荷将会减少,我们计算得出每种组合下固位螺钉的剩余预紧力值和加载后的应力分布图,分析比较固位螺钉剩余预紧力及修复体螺钉和内冠界面的应力变化规律。本研究计算结果由三维数字化图像和图表两种形式来说明:三维数字化图像反映每种模型在各种工况下的应力分布总特征和趋势;图表依据固位螺钉的外展角不同分为4种情况,分别在每种角度下描绘出6种材料组合剩余预紧力随预载荷不同的变化曲线;再随机选取一种材料组合,分别描绘出4种外展角螺钉剩余预紧力随预载荷不同的变化曲线,在每个坐标<WP=44>系下比较每种材料组合、外展角及预载荷对螺钉剩余预紧力的影响,得出以下结论:1、固位螺钉外展角不同,对预紧力及应力的影响不同,角度较小的要优于角度大的;2、对固位螺钉施加的预载荷不同,所得的剩余预应力也不同,它们之间呈线性正相关;3、材料匹配对剩余预应力的影响较为复杂,在不同的预载荷及固位螺钉外展角条件下呈现出不同的规律;4、螺钉的柄与螺钉头交界变化的部位,为螺钉的危险界面。
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