论文部分内容阅读
目的:严重的错牙合畸形影响口腔功能、容貌外观,甚至心理健康。随着人们生活水平和对美观要求的提高,要求正畸治疗的患者逐渐增多。正畸治疗过程中,支抗的控制是正畸治疗成功的基础。传统的加强支抗的方法如横腭杆、口外弓等已不能满足治疗的需求。微型种植体支抗作为一种骨性支抗形式的出现,扩大了矫治范围,尤其使过去的疑难病例得到满意的疗效。但目前临床应用中微型种植体仍有大约7%～15%的失败率,种植体的稳定性成为影响其广泛推广的制约因素。种植体的稳定性受多方面因素的影响,如种植体植入手术、种植体形态、载荷、皮质骨厚度等。随着材料学的不断发展,研究发现种植体-骨组织界面的生物力学相容性是影响种植体稳定性的主要因素。种植体-骨界面的应力、应变是评价种植体稳定性的重要指标。种植体-骨界面在承受载荷后周围骨组织的应力分布状况将直接影响种植体周围的骨改建活动,从而影响种植体的稳定性。当种植体-骨界面受到过大、过于集中的应力时,周围骨组织发生吸收,种植体的稳定性下降。有限元分析法是研究种植体生物力学的重要手段。研究证实种植体负载后应力主要集中在种植体颈部的骨皮质区,如何避免种植体的颈部应力集中受到学者们的关注。为了提高种植体的稳定性,学者们通过有限元法和组织学研究对种植体的螺纹形态等做了大量的研究,目前对微种植体颈部构型研究较少,形态很单一,基本上就是螺纹种植体。Motoyoshi研究发现微种植体颈部设计为光滑柱状可以降低应力峰值,而对于光滑柱状的高度没有进行研究探讨。因此本实验设计了几种不同高度的光滑柱状颈部结构的种植体,建立了两种皮质骨厚度的微种植体-颌骨的三维有限元模型,探讨不同皮质骨厚度、不同颈部柱状高度对正畸力作用下骨界面的应力分布的影响,为改善种植体构型,提高种植体稳定性提供理论基础。模型1-5:CBT1-种植体5;模型2-1:CBT2-种植体1;模型2-2:CBT2-种植体2;模型2-3:CBT2-种植体3;模型2-4:CBT2-种植体4;模型2-5:CBT2-种植体5。3载荷力大小和方向:在种植体顶部施加2 N的正畸力。设定以牙合方为Y轴正向,以远中为X轴正向,以种植体长轴为Z轴。载荷点为种植体顶。加载方向为平行于X-Y平面(垂直于种植体长轴)、与X轴正向成30°夹角的方向(近中牙合向30度)。4对模型进行网格划分,计算分析微种植体-骨界面应力分布及应变规律。结果:1建立了10个微种植体-颌骨的三维有限元模型,均具有较好的生物学相似性和几何相似性:模型1-1:CBT1-种植体1;模型1-2:CBT1-种植体2;模型1-3:CBT1-种植体3;模型1-4:CBT1-种植体4;模型1-5:CBT1-种植体5;模型2-1:CBT2-种植体1;模型2-2:CBT2-种植体2;模型2-3:CBT2-种植体3;模型2-4:CBT2-种植体4;模型2-5:CBT2-种植体5。2种植体-骨界面应力分布:所有模型中骨界面的应力峰值、位移峰值、应力集中区都出现在微种植体颈部与皮质骨接触的范围内;应力在皮质骨区迅速衰减,松质骨区应力和变形均较小;3种植体颈部构型对骨界面应力、应变的影响:颈部构型为光滑柱状种植体-骨界面应力分布较均匀,螺纹种植体-骨界面应力分布较集中。传统螺纹型种植体-骨界面应力峰值较高,两种皮质骨厚度模型的Von-Mises应力峰值分别为6.65MPa(CBT1)和6.48MPa(CBT2),而颈部为柱状的种模型1-5:CBT1-种植体5;模型2-1:CBT2-种植体1;模型2-2:CBT2-种植体2;模型2-3:CBT2-种植体3;模型2-4:CBT2-种植体4;模型2-5:CBT2-种植体5。3载荷力大小和方向:在种植体顶部施加2 N的正畸力。设定以牙合方为Y轴正向,以远中为X轴正向,以种植体长轴为Z轴。载荷点为种植体顶。加载方向为平行于X-Y平面(垂直于种植体长轴)、与X轴正向成30°夹角的方向(近中牙合向30度)。4对模型进行网格划分,计算分析微种植体-骨界面应力分布及应变规律。结果:1建立了10个微种植体-颌骨的三维有限元模型,均具有较好的生物学相似性和几何相似性:模型1-1:CBT1-种植体1;模型1-2:CBT1-种植体2;模型1-3:CBT1-种植体3;模型1-4:CBT1-种植体4;模型1-5:CBT1-种植体5;模型2-1:CBT2-种植体1;模型2-2:CBT2-种植体2;模型2-3:CBT2-种植体3;模型2-4:CBT2-种植体4;模型2-5:CBT2-种植体5。2种植体-骨界面应力分布:所有模型中骨界面的应力峰值、位移峰值、应力集中区都出现在微种植体颈部与皮质骨接触的范围内;应力在皮质骨区迅速衰减,松质骨区应力和变形均较小;3种植体颈部构型对骨界面应力、应变的影响:颈部构型为光滑柱状种植体-骨界面应力分布较均匀,螺纹种植体-骨界面应力分布较集中。传统螺纹型种植体-骨界面应力峰值较高,两种皮质骨厚度模型的Von-Mises应力峰值分别为6.65MPa(CBT1)和6.48MPa(CBT2),而颈部为柱状的种植体-骨界面Von-Mises应力峰值分别降低了42%-51%,(CBT1)、47.8%-55%(CBT2)。螺纹型微种植体-骨界面位移峰值分别为0.32μm(CBT1)、0.233μm(CBT2),颈部构型为光滑柱状的种植体-骨界面位移峰值分别降低了12%-18%(CBT1)、18.8%-23.6%(CBT2)。4皮质骨厚度对骨界面应力、应变的影响:皮质骨厚度为2mm的模型骨界面和1mm的相比,皮质骨应力峰值降低了大约10%、位移峰值降低了20%左右;松质骨应力峰值大约降低50%、位移峰值降低了60%左右;皮质骨为2mm时骨界面应力分布更均匀;5颈部光滑柱状部分的高度对骨界面应力、应变的影响:随着颈部柱状部分高度增加,骨界面应力、应变峰值有所降低,但变化不显著;6微种植体的应力分布:颈部为光滑柱状的种植体应力、应变峰值稍低于螺纹种植体;随着颈部光滑柱状部分高度增加,种植体的变形量有所降低,但变化不大。结论:1微型种植体颈部为光滑柱状可以有效降低骨界面应力、位移峰值,使骨界面应力分布更均匀;2微型种植体颈部光滑柱状部分高度增加,骨界面应力、应变稍有降低,但变化不大。3皮质骨是承受载荷的主要部分,皮质骨厚度增加能有效降低微种植体-骨界面应力、应变水平,使应力分布更均匀,有利于种植体的稳定性。