种植义齿通过骨结合获得骨组织的固位和支持。在日常咀嚼运动中,种植义齿所承担的咬合力近似于准静态载荷在种植体和骨组织中传递,适宜的咬合力可刺激骨组织的改建,促进骨结合,维持种植体周围牙槽骨组织稳定。在许多突发情况下如交通事故、体育竞赛、士兵训练、地质灾害、军事冲突等,种植义齿可能会承受外部瞬态冲击力的作用。冲击力与静态载荷不同,在较短的时间内达到峰值,然后快速下降,持续时间短,因此,需要被冲击物以较快的形变和较高的抗压强度来吸收和缓冲冲击能量。与天然牙有牙周膜缓冲不同,种植体与骨组织直接接触,在冲击力作用下其周围骨组织容易出现冲击损伤。通过数值模拟完整再现冲击损伤全过程,研究种植体周围骨组织冲击损伤特征,对于承受冲击载荷加载的种植修复患者临床诊断和治疗有着重要的指导意义。本研究在新西兰大白兔股骨髁远心端植入自制种植体作为动物模型,以兔股骨髁远心端骨组织为建模依据,建立种植体与周围骨组织微观结构三维有限元模型,基于骨组织动态力学参数和应力失效准则,采用有限元动态分析法模拟分析不同冲击力作用下骨组织的损伤过程和损伤特征,并揭示咬合力大小及加载方向对于冲击后骨组织损伤的影响,为临床种植体冲击损伤的评估和治疗提供理论依据。本研究包括以下四部分实验:1.种植体与周围骨组织数值模拟模型的建立在兔股骨髁远心端植入种植体,种植术三个月后,测量种植体振动频率,对种植体周围骨组织进行Micro-CT扫描及组织学分析,评估骨组织的愈合情况。采用实验动物股骨髁Micro-CT图像建立种植体与骨组织微观结构的有限元模型,根据动物实验加载条件进行冲击力加载,分析骨组织的应力分布特征。实验结果表明:种植术后三个月测量种植体振动频率显示种植体已获得了良好的稳定性。Micro-CT扫描结果显示种植体与骨组织结合紧密,VG染色结果显示种植体形成了良好的骨结合,所建动物实验模型满足冲击力加载的实验条件。根据动物模型建立了微观结构骨组织与种植体数值模拟模型,对种植体施加冲击载荷后,种植体周围骨组织的应力分布呈动态变化过程,应力大小随着时间发生改变。皮质骨在冲击开始时应力值较大,然后迅速下降,而松质骨的应力峰值则出现延迟。2.种植体周围骨组织冲击损伤过程的模拟分析种植体与骨组织达到良好的骨结合后,通过落锤实验给种植体表面施加不同大小的冲击载荷,分析骨组织的损伤情况。使用分离式霍普金森杆测量未种植实验动物股骨试件动态力学性能,通过一维应力波理论推算出骨组织的动态应力应变曲线。结合骨组织动态力学参数,在有限元模型的基础上编写用户材料子程序,模拟分析冲击力作用下骨组织的损伤过程。实验结果表明:基于骨组织动态力学参数和应力失效准则,采用动态有限元分析法可以模拟出种植体冲击损伤完整过程,展现骨组织损伤和破坏情况。冲击力作用后,皮质骨出现应力集中,呈现出较强的抗冲击能力。当冲击力较小时未出现皮质骨损伤,而松质骨在冲击力卸载后所形成的冲击波的传播过程中还会出现损伤,并造成骨结合的破坏。动物实验结果显示冲击损伤易发生在种植体底端骨小梁部位,在皮质骨未发生明显的组织形态改变时,仍出现骨小梁断裂。冲击力造成种植体周围骨组织损伤程度随着冲击载荷的增大而加重。模拟分析能将骨组织的特性与其复杂的结构相结合,较好地预测骨组织的冲击损伤情况,研究结果可为临床承受冲击损伤患者的损伤评估和治疗提供参考依据。3.冲击力对种植体周围骨组织损伤的影响根据动物实验中钢球从0.8m,1.5m和2m高度下落至种植体表面时的冲击速度对数值模拟分析中刚体进行相应的速度场约束,同时改变冲击力加载方向（水平向,斜向45°）,研究冲击大小和冲击方向对骨组织损伤程度的影响。研究结果表明:在模拟分析过程中,当冲击速度较小时,种植体周围皮质骨虽有应力集中但未出现皮质骨破坏,而种植体周围松质骨在应力波的作用下出现骨小梁断裂;随着冲击速度的增大,种植体周围皮质骨发生破坏,骨结合界面与骨小梁断裂数量增加。模拟分析结果与动物实验中冲击力造成骨组织损伤程度随着冲击载荷的增大而加重的结果相一致。改变冲击力加载方向,骨组织的损伤程度与损伤部位发生改变。水平向加载时,皮质骨应力值较高,损伤部位主要位于冲击对侧种植体底端骨小梁;斜向加载时,种植体-骨结合界面损伤较为严重,骨组织失效单元数量最多。4.咬合力加载对冲击后种植体周围骨组织损伤的影响在冲击损伤动物模型的基础上施加咬合力,分析骨组织的损伤变化。在冲击损伤后的数值模型上,给种植体表面施加咬合力（100N,200N,300N）,并改变咬合力加载方向,分析咬合力大小和方向对冲击后骨组织应力分布及骨组织损伤情况的影响。研究结果表明:模拟咬合力加载后,骨组织损伤程度加重,与动物实验咬合力施加导致种植体稳定性下降和骨组织损伤加重的趋势相一致。加载咬合力后,骨组织内应力集中部位主要发生在皮质骨及骨结合界面。随着咬合力的增大,皮质骨和结合界面的损伤情况加剧,骨组织失效单元数量增加;斜向咬合力加载模型骨组织失效单元数量大于垂直向加载组。另外,咬合力加载所造成的损伤也与冲击后骨组织的损伤情况相关,由于冲击损伤后骨组织结构发生改变,承担咬合力的能力不同,垂直向冲击组随着冲击力增大,咬合所致骨组织失效单元反而减少。斜向冲击组进行咬合力加载后骨组织损伤程度大于垂直向冲击组。结论:1.冲击力易造成种植体周围骨组织损伤。冲击加载后皮质骨通过其变形能有效缓冲冲击能量,对松质骨起到良好的保护作用。冲击载荷卸载后冲击力会以应力波的形式在种植体和骨结合界面间传播和反射,造成松质骨骨小梁结构和种植体骨结合界面的破坏,从而形成“延迟损伤”。2.冲击损伤程度与冲击力的大小相关。当冲击力较小时,皮质骨未出现明显的形态和组织结构改变,但种植体周围骨小梁出现断裂,骨组织微结构发生改变。随着冲击载荷增大,皮质骨会出现损伤,种植体周围骨组织的损伤程度也加重,提示临床应对承受冲击损伤患者应进行全面损伤评估。3.冲击损伤程度也与冲击力的方向相关。与垂直向冲击加载相比,侧向加载时由于应力波易于在种植体和骨结合界面间传播和反射,更易造成种植体骨结合界面和骨小梁结构的损伤,临床工作中更应重视冲击力方向对损伤的影响。4.咬合力加载使骨组织原有冲击损伤加剧,损伤程度与咬合力大小呈正相关。侧向咬合力加载造成的损伤程度大于垂直向加载,提示临床对冲击损伤患者应结合病史进行全面的检查和评估,损伤后要降低其承受的咬合力,必要时拆除修复体待其重新形成骨结合后再行修复。