文档介绍
| 目的：错牙合畸形是指在儿童生长发育过程中由于各种原因造成的牙齿的排列异常、牙弓和颌骨间的关系不协调以及牙颌颅面部的关系不协调，不但影响患者的外貌而且影响牙齿正常咀嚼功能[1]。在正畸矫治过程中，任何施加于牙齿使其移动的力必然同时产生一个方向相反、大小相同的力，而支持这种矫正牙体移动引起的反作用力的装置称作“支抗”[1]。正畸支抗通常是靠口腔内的单个牙或一组牙来实现的，由于口腔内牙齿提供的支抗常常不能满足正畸治疗中的支抗需求，从而影响正畸治疗效果，因此出现了很多增强支抗的装置如头帽颏兜、口外弓、Nance弓、腭杆等。这些传统的增强支抗装置虽然起到了一定增强支抗的作用，但由于其体积大，舒适感差，影响患者发音及美观等因素，在使用过程中患者常常不能配合佩戴从而影响了正畸治疗效果。种植体支抗作为一种新型有效的正畸支抗形式，具有体积小，手术操作简便，创伤小，对患者依从性要求少等优点，因此被广泛应用于一些疑难性病例的治疗，如开牙合，强支抗内收前牙，露龈笑，磨牙向后、压低磨牙等的正畸矫治，并取得了良好的临床效果~[2~4]。种植体的稳定性是种植体发挥有效支抗作用的基础，种植体-骨界面应力的均匀分布是保证微种植体稳定性的重要条件，如何减小微种植体-骨界面的应力峰值使其均匀分布受到广大学者的关注，近年来三维有限元法广泛应用于口腔生物力学研究中。种植体应力主要集中于骨皮质区~[5~7]，研究表明改变颈部构型可以有效的影响降低种植体颈部骨界面的应力峰值，颈部具有一定锥度可以降低骨界面应力峰值~[8]，颈部为光滑柱状种植体较螺纹状种植体更有利于降低种植体-骨界面的应力峰值，使应力的分布较均匀~[8,9]。在对种植体的研究中，三维有限元法是一种常用的力学分析方法，目前种植体的优化设计多是针对单一因素的研究，而微种植体光滑部分颈部高度与锥度双因素对种植体-骨界面应力分布的影响未见报道。本实验用三维有限元法建立种植体-颌骨模型，探讨微种植体颈部光滑部分高度与锥度在一定范围内变化时在正畸力作用下对种植体-骨界面的应力分布的影响，为优化微种植体颈部构型的设计提供理论基础，以增强微种植体稳定性，提高临床成功率。材料与方法：1.实验设备：硬件：普通PC机（惠普公司），螺旋CT。软件：Ansys Workbench Environment材料：纯钛种植体1.1种植体的设计：参照临床常用的微种植体几何形态，设定骨内段总长度8mm、直径1.5mm、螺纹高度0.1mm、刃状螺纹顶角60°﹑螺距0.5mm。对种植体骨内段无螺纹光滑颈部进行优化设计：颈部锥度(T)变化范围：0°～45°，颈部高度(h)变化范围：0mm~3mm，骨内段其余部分为5mm～8mm，如图Fig.1。1.2颌骨模型的建立：对一成年男性志愿者进行下颌骨螺旋CT扫描并三维重建，设定下颌一侧第二前磨牙与第一磨牙之间作为种植体植入部位，选择此处的颌骨CT断面，外表面是皮质骨，其余部分为松质骨，在ANSYS软件中将断面简化成六边形。六边形断面尺寸：上表面宽10.89mm，中间宽18.2mm，下表面宽11.94mm，高39mm。然后将面拉伸成长20mm的六面体。骨皮质厚度为2mm，其余为骨松质。1.3装配微型种植体-下颌骨实体模型种植体的植入位置及角度：在下颌第二前磨牙与第一磨牙之间，距离牙槽嵴顶5mm处垂直植入种植体。在Ansys Workbench Environment软件中按照实验设计建立种植体-下颌骨模型。2材料2.1材料属性假设种植体，皮质骨和松质骨均为连续，均匀，各向同性的线弹性材料，材料变形为弹性小变形。种植体和骨界面完全骨整合，不发生相对位移。2.2网格划分利用电子计算机技术，按照所提供的种植体的形状建立模型，利用Ansys Workbench Environment软件对模型进行网格划分，种植体及颌骨硬组织有限元模型的单元网格由电子计算机自动拟合，从而形成种植体-颌骨三维有限元模型。3载荷与约束：模拟临床内收前牙，在微种植体上施加2N的牙合向30°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°），见Fig4。同时颌骨的四周完全约束。4分析方法与指标4.1输入变量设定本实验中设定种植体颈部锥度(T)变化范围为0°～45°，颈部高度(h)变化范围为0mm~3mm，使得本研究的结果能够观测连续输入变量变化对输出变量的影响，并通过对双变量响应面的观察，分析颈部锥度与高度变化时的相互作用。4.2输出变量设定皮质骨和松质骨的平均主应力峰值(Maximum Equivalent Stress，Maximum Von-Mises Stress，简写为Max EQV Stress)及位移峰值为输出变量，进行不同设计的力学评估，同时进行输出变量对输入变量的敏感度分析。结果：1成功建立建立了微种植体-颌骨的基本模型：以颈部高度（0mm~3mm）与锥度（0°～45°）变化范围内的中位数值，即高度1.5mm，锥度67.5°为初始模型数据建立种植体-颌骨的基本模型。2种植体-骨界面应力分布：在所建模型中，骨界面的应力主要分布在皮质骨内，皮质骨内的应力峰值远大于松质骨的应力峰值，表明应力主要集中于种植体-骨皮质区。3锥度对种植体-骨界面应力的影响：当种植体颈部光滑部分高度为1.5mm，锥度从0°～45°变化时,种植体-骨界面皮质骨内的应力峰值随种植体的锥度增大而显著减小，降幅81﹪，提示颈部构型为圆锥形较圆柱形更有利于降低种植体颈部的应力峰值。4颈部光滑柱状部分高度对骨界面应力分布的影响：当种植体锥度为22.5°时，随着颈部光滑部分高度在皮质骨范围内增高，骨界面应力峰值降低明显（降幅为70﹪），松质骨的应力峰值较低且变化不明显，值得注意的是在种植体光滑部分高度超出皮质骨范围时，皮质骨内应力峰值降低更明显（降幅为20﹪），但松质骨的应力峰值及位移峰值明显增大且大于骨皮质内应力峰值及位移峰值。当种植体颈部锥度为0°时，微种植体颈部高度超过植入区皮质骨厚度对骨界面应力峰值及位移的影响更明显。表明增加颈部光滑部分高度有利于骨界面应力分布及种植体的稳定，但不应超过植入部位的皮质骨厚度。5敏感度分析表明，种植体颈部高度比颈部锥度对种植体-骨界面的应力分布影响更显著。6优化设计结果为：种植体颈部光滑部分锥度大于10°，高度为略小于植入区骨皮质厚度时，种植体-骨界面应力及位移峰值较小。结论：1微种植体-骨界面的应力主要集中于骨皮质区，松质骨区应力峰值较小。2微种植体颈部高度在骨皮质厚度范围内时，颈部具有一定锥度种植体，随着光滑颈部高度的变化可以有效降低骨界面应力峰值，而颈部光滑柱状种植体骨界面的应力对颈部高度的变化不敏感。微种植体颈部高度超过骨皮质厚度范围内时，颈部锥状或柱状种植体均可造成松质骨应力峰值及位移峰值的明显增加，不利于种植体的稳定性。说明微种植体颈部高度对种植体-骨界面的影响与皮质骨厚度相关。3颈部光滑锥状种植体比颈部光滑柱状种植体骨界面应力分布均匀。4颈部光滑种植体比传统螺纹状种植体更有利于种植体-骨界面的应力分布。5种植体颈部高度比颈部锥度对种植体-骨界面应力峰值的影响更显著。6种植体颈部高度与锥度对种植体-骨界面应力峰值的影响相互关联。7从生物力学角度而言，颈部光滑种植体锥度大于10°，高度略小于皮质骨的厚度，更有利于种植体应力的均匀分布。 |
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